(57)【要約】【課題】画素ずらし手法を用いて表示素子固有の分解能より精細度の高い表示を行う画像投影装置がある。画素ずらし素子が光束を一方向にシフトさせるわずかな時間の間に、画像が表示されているとシフト前後の画像がつながって見える不具合があるので、表示素子の画像フレームの切り換え走査に方向を合わせて画素ずらしを同期させて走査している。２次元の画素ずらしを行う場合、走査方向が一方向のみの表示素子では、その方向しか同期させることができなかった。【解決手段】２次元の両方向に走査可能な表示素子の、Ｘ軸方向右からの画素列単位の情報更新走査にほぼ同期して第１の画素ずらし素子の走査を行う。画素ずらしの終えた画素列から再表示が行われ、全画素が表示されて所定時間すぎたら、今度はＹ軸方向上からの画素列単位の情報更新走査にほぼ同期して第２の画素ずらし素子の走査を行う。画像は走査方向に直交した方向にシフトされる。【選択図】    図６
2004258125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素を配列して２次元の両方向に線順次に走査可能な情報表示素子と、該情報表示素子からの光束を透過させ、画素ずらし変更位置を走査可能で、前記情報表示素子の２つの走査方向のうち一方の走査方向に走査方向を一致させた第１の画素ずらし素子と、前記情報表示素子の他方の走査方向に走査方向を一致させた第２の画素ずらし素子と、それぞれの画素ずらし素子に所定の電界をかける制御装置とを有し、前記情報表示素子は２次元の方向のいずれにおいても、それ自身が有する画素ピッチより小さいサブ画素に対応するサブフレームの画像情報を順次表示し、該各サブフレームの情報更新時に前記走査方向を切り換え、該走査方向を切り換えを伴う情報更新に対応して、前記情報表示素子の走査方向に一致している方の画素ずらし素子の走査を行うことを特徴とする情報表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の情報表示装置において、前記第１および第２の画素ずらし素子は、前記所定の電界をかける方向線が前記走査方向線と一致しており、前記光束は前記走査方向線と直交する方向にシフトされることを特徴とする情報表示装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の情報表示装置において、前記第１および第２の画素ずらし素子は、前記情報表示素子の複数の画素列からの光束を同時に画素ずらしするチャンネルを複数有し、該チャンネル単位で走査されることを特徴とする情報表示装置。
【請求項４】
請求項３に記載の情報表示装置において、前記チャンネルの数は前記情報表示素子の２次元のそれぞれの方向における画素列数の整数分の１であることを特徴とする情報表示装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載の情報表示装置において、前記第１および第２の画素ずらし素子の隣接するチャンネル間の動作開始時間は、前記チャンネルに対応する前記情報表示素子の複数の画素列の遅延時間の和に等しい時間だけ遅延させられることを特徴とする情報表示装置。
【請求項６】
請求項５に記載の情報表示装置において、前記遅延時間の和は前記表示素子の画素列に対する基本クロックを１つのチャンネルに対応する画素列数分合算したものであることを特徴とする情報表示装置。
【請求項７】
請求項３ないし６のいずれか１つに記載の情報表示装置において、前記１つのチャンネルに対応する表示素子の画素列数は、ｎを正の整数として２ｎ列であり、前記第１および第２の画素ずらし素子の隣接するチャンネル間の動作開始時間は、前記表示素子の画素列に対する基本クロックをｎ段分周したクロック分遅延させることを特徴とする情報表示装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１つに記載の情報表示装置において、前記複数の画素のそれぞれは、前記２つの走査方向のいずれにおいても、２以上のサブ画素に分割されていることを特徴とする情報表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、２次元的に配列した複数の画素を有する表示素子上の画像を表示させる表示装置に関する。詳しくは、画素ずらし手段を用いて精細な画像を表示する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ライトバルブやＬＣｏＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｉｓｔａｌ  ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）などの空間光変調素子、広義には異なる色を発する複数の画素を配列してなる表示素子、を有する表示装置、具体的にはプロジェクタ、ヘッドマウントディスプレイ、などにおいて、表示素子の画素数は年々増加している。
図９は表示素子の一例を示す模式図である。
図１０は拡大投影の概念を説明するための図である。
両図において符号１は表示素子、２はスクリーン上の投影像、Ｘ、Ｙ、Ｚは座標軸をそれぞれ示す。
【０００３】
光の進行方向をＺ軸にとると、表示素子１はＸＹ方向に２次元的に画素が配列されている。図との対応で、便宜上Ｘ軸方向を水平方向、Ｙ軸方向を垂直方向と表現することがあるが、これは必ずしも実使用時における水平方向等を意味するものではない。この座標の取り方は以後のすべての説明において同様とする。
表示素子としては、透過型、反射型、あるいは自己発光型などがある。表示素子とスクリーンの間には拡大投影手段、画素ずらし手段などが配置される。また必要に応じて照明手段もそれらの近傍に配置される。
画素数の増大に付随して画素サイズは小さくなり画素の駆動機構も微細化、複雑化する傾向にありコストアップするという課題がある。また画素サイズが小さくなると有効画素面積比が低下して光利用効率が下がる場合がある。
【０００４】
一方、表示素子のもつ画素数は増やさずに、表示される実効的な画素数を増加させる技術として、画素ずらし技術、ウォブリング技術などがある。これらの技術は、表示素子の画素を表示面上で画素サイズよりも小さい距離だけずらした像とずらさない像を、あるいはずらした像同士を、同時に重ねるか、あるいは、時分割的に重ねあわせて表示するものである。表示される画素の位置を時分割的に変えながら表示させる場合には第一の表示位置の像が残像効果で見えているうちに第２の表示位置に像を表示させることで、見かけ上２つの画素があるように見せることができる（例えば特許文献１  参照。）。あるいは複数の表示素子を用いて、各々の画素位置がわずかにずれるように重ねて表示する方法もある。画素をずらす距離としては画素サイズの１／２もしくは１／４なる例がある。
【０００５】
画素ずらしを行う工程は、第１の位置に画素の像を表示させる工程、第２の位置に画素の像を移動させる工程、第２の位置に画素の像を表示させる工程、第一の位置に画素の像を移動させる工程から構成される。この場合、移動して表示される画素は２つであり、画素によって形成される画像フレーム数が通常の２倍になる。
【０００６】
上記の表示原理の応用として、画素を縦横２方向に移動させて、表示される画素数を４つにすることもできることは容易に理解できる。この場合においては、画素ずらし手段は画素を縦横２方向にシフトさせる手段になる。この場合、表示される画像フレーム数は通常の４倍になり、表示される情報量も４倍になる。
【０００７】
２方向にシフトさせるには、光軸をＺとすると、±Ｘ方向にシフトさせる素子と±Ｙ方向にシフトさせる素子を併用すればよい。このとき表示素子の縦横の配列方向もＸＹ方向に一致させておけば画素は±Ｘおよび±Ｙの２方向にシフトする。
【０００８】
図１１ないし１５は画素ずらしの一例を説明するための図である。
図１１は表示素子の有する画素数で投影した場合のスクリーン上の画素の配置を模式的に示している。符号３は１つの画素を示す。
図１２は１つの画素３を４分割して表示する場合の分割の状態を示す図である。符号４（４ａ〜４ｄ）はサブ画素を示す。サブ画素４がそれぞれの位置に対応した画像情報を持っていれば、図１１で表示される画像よりもきめの細かい画像が表示される。
図１３はすべての画素３がサブ画素４で表示された状態を示す図である。サブ画素４は縦横両方向とも、画素３の画素ピッチの２分の１になるよう構成されるが、分割数が変われば画素ピッチに対する割合も変わる。
【０００９】
元々、図１１に示す画素数しかない表示素子を用いて、４倍の画素数を表示するのであるから、時分割手法を用いるしかない。
図１４は時分割で４回画像を表示して、スクリーン上で合成する手順を示す一例の図である。１回目の画像表示では同図（ａ）に示すように、各画素３に対応するサブ画素４ａのみがスクリーン上に離散的に表示される。この状態で所定時間経過して後、同図（ｂ）に示すように、サブ画素４ｂのみが離散的に表示される。以下同様に、サブ画素４ｃのみの画像、サブ画素４ｄのみの画像が順次表示される。この４つの画像の切換が人の目の残像現象の続く時間内に行われる。そして、４回の離散的画像が合成された結果は、全体として隙間も重複もない１枚の画像として認識できるようになる。
【００１０】
図１１に示す表示素子は隣接する画素が特に離散的に作られているわけではないので、サブ画素を形成するために一工夫している。
図１５は表示素子の前面にマイクロレンズアレイを設けた図である。
同図において符号５は表示画素、５’はマイクロレンズによる表示画素５の縮小像、６はマイクロレンズアレイをそれぞれ示す。
互いにわずかな間隔を置いて設けられた表示画素５ａ〜５ｅは、レンズ素子がそれぞれに対応するように設けられたマイクロレンズアレイ６によって、空中に画素ピッチの２分の１の縮小像５ａ’〜５ｅ’として結像し、これがそのあとに設けられた投影手段によってスクリーンに離散的画像として投影される。ただし、これを単に投影しただけでは、何回に分けて投影しても毎回同じ位置に投影されてしまうので、ここに画素ずらしの必要性が生ずる。
【００１１】
画素像の表示位置をずらす画素ずらし手段のなかに液晶を用いた手段がある。より詳細には、液晶中を通過する光の光軸を偏向（狭義にはシフト）して、表示素子上の画素の像を投射面に表示させる。液晶の複屈折性を用いると、液晶の配向角度を光軸と傾ける、すなわち、液晶分子の主軸と光軸を傾けて配置することによって、異常光線成分は複屈折作用を受ける。また、液晶分子の配向角度は、たとえば、液晶層に対して印加する電圧によってスイッチングできる。よって、液晶および液晶への電圧印加手段をもつ素子によって、液晶を通過する光の光軸シフトをスイッチング動作できる。以上の原理を用いた画素ずらし手段は既に知られるところのものである。
【００１２】
図１６〜２０は液晶を用いた画素ずらし手段を説明するための図である。
同図において符号７は画素ずらし素子、８は液晶分子、９は常光線の光路、１０は異常光線の光路、Ｌは入射光線をそれぞれ示す。
画素ずらし素子７（簡略化のため以下単に液晶板と呼ぶ）のＸＹ平面内に任意の方向から電界をかけると、液晶分子８は図１６に模式的に示した円錐の母線のいずれかの方向に傾斜した状態で位置する。
【００１３】
いま、Ｘの正方向に或る大きさの電界をかけると、図１７に断面で示すように、液晶分子８は右上がりの状態に配列が揃う。このとき、この液晶板７は光学的に異方性となり、複屈折性を有するようになる。この状態で左方向から通常の光線Ｌを入射させると、液晶板７にとっての常光線は何の作用も受けずそのまま光路９に沿って直進する。これに対し、異常光線の方は液晶板７によって屈折を受け、光路１０ａに沿って出射し、光路９と距離ｓだけ離れた上方、すなわち、Ｙの正方向にシフトされた状態になる。
ここで電界の極性を反転し、Ｘの負方向に電界をかけると、図１８に示すように、液晶の分子８の配列が逆転して右下がりの状態に配列が揃う。その結果入射光Ｌの異常光線は光路１０ｂに沿って出射し、光路９に対し、距離ｓだけ下方、すなわち、Ｙの負方向にシフトされた状態となる。
【００１４】
このように、Ｘ方向に或る大きさの電界をかけて、その極性を逆転させることによって、異常光線に対し、Ｙ方向に距離２ｓだけ出射位置の違いを与えることができる。距離２ｓが画素３のサイズの一辺の丁度２分の１になるように、電界の大きさと液晶の特性を合わせ、液晶板にとって異常光線のみになるよう入射光線Ｌを調整してやれば、図１４（ａ）から（ｂ）、（ｃ）から（ｄ）に示したような画素ずらしを達成することができる。このような結果が得られる電界を、以後所定の電界と呼ぶ。同図（ｂ）から（ｃ）、（ｄ）から（ａ）へのシフトは、前記液晶板を透過した後の光束を第２の液晶板に入射させ、それにＹ方向の所定の電界をかけ、光束をＸ方向にシフトさせればよい。ただし、その入射光が第２の液晶板にとって異常光線となるようにしておく必要がある。
【００１５】
図１９は図１４に示したような、２次元的画素シフトを行うための液晶板の構成の模式図である。
同図において符号１１は第１の画素ずらし素子、１２はλ／２波長板、１３は第２の画素ずらし素子、Ａは入射光の偏光方向をそれぞれ示す。
図１５に示すような手法で形成された離散的な縮小像からなる光束は、像形性の前後いずれかの位置で、矢印Ａで示すように、Ｙ方向の直線偏光に整えられ、第１の画素ずらし素子１１（以下単に液晶板１１と称す。その他も同様）に入射する。ここで図示省略の電極に与えられたＸ方向の所定の電界により、光束の偏光方向が異常光線に相当するため、光束はＹ方向にシフトされる。その直後に設けられたλ／２波長板１２によって光束の偏光方向が９０°回転させられ、この光束が、Ｙ方向に所定の電界をかけられた第２の液晶板１３にとって異常光線になる。したがって、光束はＸ方向にシフトを受け、結果的に画素３を４分割したいずれかの位置に投影されることになる。
【００１６】
図２０は図１９に示した２つの液晶板に与える電界のタイミングチャートである。
同図において符号Ｖ０は液晶板に所定の電界を与えるために電極に与える電位である。
第１の液晶板にはＸ方向に電界が与えられ、光束はＹ方向にシフトされる。ここでは正の電位を与えたとき、Ｙの正方向にシフトするよう関係づけられている。すなわち、画像は正の電位で上に、負の電位で下に変位する。
第２の液晶板にはＹ方向に電界が与えられ、光束はＸ方向にシフトされる。ここでは正の電位を与えたとき、Ｘの正方向にシフトするよう関係づけられている。すなわち、画像は正の電位で右に、負の電位で左に変位する。拡大投影されたスクリーン上では、通常上下左右が反転するが、煩雑になるので、スクリーン上の画像も表示素子上の画像と同じ関係で表示する。
【００１７】
画素ずらし表示する場合には、第１の位置に表示される画像の残像効果が持続している間に画素を移動させて第２の位置に画像を表示する必要がある。また、動画再生表示の場合においては１つの画面フレームの表示周波数を６０Ｈｚないしそれ以上にすることが一般的である。したがって液晶配向を比較的高速に移動させる必要がある。印加電圧に対する応答性が速い液晶としては強誘電性液晶が挙げられる。
液晶の主軸が液晶層の厚さ方向に配向する垂直配向型強誘電性液晶は画素ずらしを高速に行うには好適な材料として知られるところである。
【００１８】
画素ずらし表示をする場合に移動中の画素の像が表示されたままの状態だと画素がつながってみえる。たとえば表示する画像情報差が大きい場合には隣接画素の像がつながっていない方が画素間の分離が良好で分解能の高い表示性能が得られる。そこで、特許文献１には移動中の画素の像が表示されないようにする発明が開示されている。同特許は、厳密には特にデルタ配列された画素を有する液晶パネルにおける課題を主としているが、移動中の画素が表示されないようにするという概念に触れている。
【００１９】
これとは別に、表示素子の画素が表示する画像は１フレーム毎にフレームメモリから読み込まれ更新されるのが一般的である。一般に表示素子のフレーム更新において全ての画素を一斉に更新するには高速性が要求されるので、画素列からなる走査線単位で線順次的に更新されることが多い。画素ずらしする場合においては１フレーム中に複数回画素ずらしをすることになる。画素ずらしして表示するフレームをサブフレームと称すれば、サブフレームの更新に要する速度はこれより更に速いので、全面一斉更新はより難しくなり、線順次的な更新になる可能性が高い。
【００２０】
ここで問題になるのは、画素ずらしするタイミングとサブフレームの画像更新タイミングの関係である。
図２１は、図１６〜１８で示したような液晶による画素ずらし素子の作動を示すタイミングチャートである。
電極に対し、一方向に電位がかけられて−ｓのシフトが生じている状態から、時刻ｔ１において逆極性の電位に切り換えられたとき、シフト量が＋ｓに変化するが、変化が完了するのは時刻ｔ２であり、この変化にわずかではあるがΔｔ＝ｔ２−ｔ１の時間を要する。
【００２１】
図２２〜２４は画像表示と画素ずらしのタイミングにおける問題点を説明するための図である。
これらの図の符号Ｔは時刻を表し、縦軸は表示素子の上下位置、横軸は時間をそれぞれ表す。
線図Ｔ１・Ｔ３は最上位の画素列が画像更新を開始してから最下位の画素列が画像更新を開始するまでの、線順次的な画像開始タイミングを示す線である。詳細に示すならＴ１・Ｔ３は直線ではなく、画素列毎に微小な遅延時間を与えているので、画素列ごとの階段状の折れ線で示すべきであるが、画素列の数が大きく微細な階段になるので、便宜上直線で示してある。
【００２２】
画像更新期間中において表示階調をゼロレベルにするように表示素子を変調制御し、画像更新期間内に画素ずらしを完了させれば移動する画素の像は表示されない。
線図Ｔ２・Ｔ４はＴ１・Ｔ３に対応して、画像更新が終了するタイミングを示す。四辺形Ｔ１・Ｔ３・Ｔ４・Ｔ２に含まれる領域では画像が表示されていない。時刻Ｔ１からＴ３の間は部分的に画像表示が行われているが、時刻Ｔ３からＴ２までの間は、スクリーン上に何も画像が表示されていない時間帯である。
時刻Ｔ５〜Ｔ６は画素ずらしを行っている時間帯であり、その時間幅は前述のΔｔに等しい。したがって、時間幅Δｔ＝Ｔ６−Ｔ５が、時間幅Ｔ２−Ｔ３より短ければ、画像更新中に一斉に画素ずらしを行えばよい。
【００２３】
画像更新期間は画像を表示しないので、表示機能にとってはいわば無駄な時間であるから極力短くしなければならない。
図２３は画像更新時間を最も短くした場合を示す図である。
画像が表示されていない間に一斉に画素ずらしを行う限り、前記時間幅Ｔ３−Ｔ２は時間幅Ｔ６−Ｔ５より短くすることはできない。すなわち、画素ずらし期間は最終走査線の更新開始から先頭走査線の更新終了の間に行わなければならない。つまり、画素ずらしに要する時間よりも表示素子全体の更新時間を長くとらなければならなくなる。
【００２４】
図２４は画像更新期間と画素ずらしに要する時間がほぼ等しい場合を示した線図である。
表示素子を液晶で構成した場合、画素ずらし素子とほぼ同程度の時間で画像更新ができるはずであるが、同図を見れば明らかなように、画像更新期間中のどのタイミングで画素ずらしを行っても、部分的に画像表示中に画素ずらしが生じてしまう。
これらの点については特許文献１では触れられていない。
【００２５】
走査線の垂直走査に同期するように画素位置をシフトさせる方法に触れている例がある（例えば、特許文献２  参照。）。この方法によるとフレーム更新された走査線領域のみが偏光作用を受けて画素がずらされて表示され、１フレーム前の状態の走査線領域は偏光作用を受けないので画素がずれない、というものである。しかしフレーム更新期間中の動作作用における上記課題には触れられていない。また、同特許の開示技術を以って２方向に画素ずらしすることは難しい。
【００２６】
先に述べた垂直配向型強誘電性液晶を用いた画素ずらし手段の公知構成（例えば、特願２００２−２６１３３９）では、画素ずらしする方向が光軸Ｚに対しＸ軸方向およびＹ軸方向である手段を併用して２方向の画素ずらしを実現しているが、この構成では２方向のうちの一方向にのみ更新走査線移動方向に合わせて、画素ずらし領域を移動させながら画素ずらしすることができる。残る一方向については更新走査線移動方向と画素ずらし領域を移動させる方向が直交してしまい更新走査と画素ずらしを同期させることはできない。その結果、その方向にずらす画素が表示されないようにするためには、更新時間を長くするか、更新完了してから次フレームを表示するまでに待機時間をとらざるを得ない。
【００２７】
表示素子の走査方向を必要に応じて上下方向から左右方向へ、あるいはその逆へ切り替えできる表示装置が提案されている（例えば、特許文献３  参照。）。この切り換えは、表示素子の設置方向や使用状況により、自動または使用者の意志により行うものであって、利用者に対し常に正立の画像を与えようとするものである。したがって、サブフレーム毎に走査方向を切り換える用途は示されていない。
【００２８】
【特許文献１】
特開平９−１５５４８号公報（第５頁、第２図）
【特許文献２】
特開平６−３２４３２０号公報（第１０頁、第２２、２３図）
【特許文献３】
特開平１０−２６８８４８号公報（第３頁、第１図）
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
以上の問題を解決するため、本発明では、表示素子のおける画素列すなわち走査線の移動にともない、画素ずらしをする領域における画素ずらしのタイミングを、画素ずらしすべき領域の更新タイミングに合うようにする。表示エリア全体をみた場合に、表示素子の画像更新期間は線順次的に遅延しているが、画素ずらしするタイミングも同様に遅延させる。以上の動作を２方向の画素ずらしのいずれにおいても行えるようにする。そのようにすることによって、移動中の画素が表示されないようにするために要する時間を短くすることができ、それによって表示している時間を長くすることができる。その結果表示を明るくすることができる。同時に画像のぼけを少なくする。以上のような表示装置を実現することが本発明の目的である。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明では、複数の画素を配列して２次元の両方向に線順次に走査可能な情報表示素子と、該情報表示素子からの光束を透過させ、画素ずらし変更位置を走査可能で、前記情報表示素子の２つの走査方向のうち一方の走査方向に走査方向を一致させた第１の画素ずらし素子と、前記情報表示素子の他方の走査方向に走査方向を一致させた第２の画素ずらし素子と、それぞれの画素ずらし素子に所定の電界をかける制御装置とを有し、前記情報表示素子は２次元の方向のいずれにおいても、それ自身が有する画素ピッチより小さいサブ画素に対応するサブフレームの画像情報を順次表示し、該各サブフレームの情報更新時に前記走査方向を切り換え、該走査方向を切り換えを伴う情報更新に対応して、前記情報表示素子の走査方向に一致している方の画素ずらし素子の走査を行うことを特徴とする。
【００３１】
請求項２の発明では、請求項１に記載の情報表示装置において、前記第１および第２の画素ずらし素子は、前記所定の電界をかける方向線が前記走査方向線と一致しており、前記光束は前記走査方向線と直交する方向にシフトされることを特徴とする。
請求項３の発明では、請求項１または２に記載の情報表示装置において、前記第１および第２の画素ずらし素子は、前記情報表示素子の複数の画素列からの光束を同時に画素ずらしするチャンネルを複数有し、該チャンネル単位で走査されることを特徴とする。
【００３２】
請求項４の発明では、請求項３に記載の情報表示装置において、前記チャンネルの数は前記情報表示素子の２次元のそれぞれの方向における画素列数の整数分の１であることを特徴とする。
請求項５の発明では、請求項３または４に記載の情報表示装置において、前記第１および第２の画素ずらし素子の隣接するチャンネル間の動作開始時間は、前記チャンネルに対応する前記情報表示素子の複数の画素列の遅延時間の和に等しい時間だけ遅延させられることを特徴とする。
【００３３】
請求項６の発明では、請求項５に記載の情報表示装置において、前記遅延時間の和は前記表示素子の画素列に対する基本クロックを１つのチャンネルに対応する画素列数分合算したものであることを特徴とする。
請求項７の発明では、請求項３ないし６のいずれか１つに記載の情報表示装置において、前記１つのチャンネルに対応する表示素子の画素列数は、ｎを正の整数として２ｎ列であり、前記第１および第２の画素ずらし素子の隣接するチャンネル間の動作開始時間は、前記表示素子の画素列に対する基本クロックをｎ段分周したクロック分遅延させることを特徴とする。
請求項８の発明では、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の情報表示装置において、前記複数の画素のそれぞれは、前記２つの走査方向のいずれにおいても、２以上のサブ画素に分割されていることを特徴とする。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下に実施の形態に従って本発明を説明する。
図１は本発明を適用する画像表示装置の一例を示す図である。
同図において符号１０１は照明用光源、１０２は赤外線除去フィルタ、１０３は照度分布均一化手段（フライアイレンズアレイ、ロッドインテグレータなど）、１０４は偏光板、１０５は偏光ビームスプリッタ、１０６はダイクロイックプリズム、１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂは液晶からなる三原色別の反射型画像表示素子、１０８は第１の画素ずらし素子としての液晶板、１０９はλ／２波長板、１１０は第２の画素ずらし素子としての液晶板、１１１は拡大投影手段、１１２はスクリーンをそれぞれ示す。
両画素ずらし素子は図示しない制御装置に接続され、図１９、２０で説明したような動作を行う。
【００３５】
照明用光源１０１から出て赤外線除去フィルタで熱戦を除去された白色光束は、照度均一化手段１０３でほぼ均等な強度分布をもった光束になり、偏光板１０４で直線偏光に整えられる。偏光光束は偏光ビームスプリッタ１０５にはいると、その偏光成分のみが反射面で反射され、ダイクロイックプリズム１０６に入射する。該プリズム内に設けられた分光ミラーにより、白色光束の内、赤色成分は上方に反射され、青色成分は下方に反射される。どちらのミラーにも反射されなかった緑色成分はそのまま直進する。
【００３６】
分光されたそれぞれの光束は対応する色の反射型画像表示素子（以下単に表示素子と呼ぶ）１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂに入射し、それぞれの色情報によって変調を受けた後反射される。反射光は入射光に対して偏光方向が９０°回転されるようになっている。
反射光はダイクロイックプリズムにより、来た光路を逆にたどるが、偏光ビームスプリッタに至ると、今度は偏光方向が９０°変わっているので反射されずそのまま透過し、第１の液晶板１０８に入射する。このとき入射光の偏光方向は第１の液晶板１０８にとって異常光線となるように設定されている。このように、液晶板には常に異常光線のみが入射するように設定されるので、以後は液晶板に入射する異常光線からなる光束のことを単に光束と呼ぶ。
【００３７】
第１の液晶板１０８、λ／２波長板１０９、第２の液晶板１１０の作用は図１９、２０で説明したとおりである。その結果スクリーン１１２には図１４（ａ）〜（ｄ）で示したような画像が、時系列で変化しながら投影表示される。
【００３８】
次に、前記特願２００２−２６１３３９に示された画素ずらし素子の説明をする。
図２ないし４は、本発明に用いる画素ずらし素子としての液晶板の一例を説明するための図である。図２（ａ）は断面模式図、同（ｂ）は平面図、図３は動作説明図、図４は電極間の電位勾配を示すグラフである。
これらの図において符号２０１は液晶板、２０２は上基板、２０３は下基板、２０４は配向膜、２０５は垂直配向型強誘電性の液晶、２０６はスペーサ、２０７は制御装置、２０８は液晶板と制御装置を結ぶ配線、２０９は直列抵抗、２１０は電極板、２１１〜２２３は個別の帯状電極をそれぞれ示す。
図３において符号ＴＲはスイッチング素子、Ｖは電位、Ｘ、Ｙ、Ｚは座標軸をそれぞれ示す。図４において横軸は電極位置、縦軸は印加電圧をそれぞれ示す。
【００３９】
液晶板２０１は、片面に電極板２１０と配向膜２０４が重ねて設けられた２枚の透明基板２０２、２０３を、配向膜２０４が互いに内側になるようスペーサ２０６を介して向き合わせて、間に液晶２０５を充填したものである。
座標軸を図のように設定し、Ｚ軸方向を光の透過方向とした場合、電極板２１０はＹ軸方向に長い複数の透明な帯状電極（以下単に電極と呼ぶ）がＸ軸方向に等間隔で並んでいる。説明の都合上、電極の数は実際より少なく示している。透明基板２０２側と２０３側に設けられたそれぞれの電極は、相手側基板に対し上記等間隔のピッチの２分の１だけずらしてある。したがって、図２（ｂ）の平面図において、Ｘ軸方向で左から右に電極の電極番号を２１１〜２２３と付与した場合、透明基板２０２側の電極はすべて奇数番に、透明基板２０３側の電極はすべて偶数番になる。
【００４０】
図２（ａ）ではＺ方向を誇張して描いてあるが、実際は電極２１１と電極２１２のＺ方向はもっと近接している。ここで、電極２１１から電極２１２に向けて正の電界を印加すると、その電界は液晶２０５中ではほぼＸ方向に向く。電界の強さが液晶２０５の配向方向を変えるのに十分なレベル（以下所定レベルという）であれば、両電極間にある液晶２０５は特定の方向に配列が揃う。その結果、透過光束はＹ方向下方にシフトされる。このように、隣接した電極の間にある液晶領域を便宜上シフト領域と呼ぶ。
【００４１】
図３は制御装置２０７の一部を詳細に示した図である。すべての電極にかける電位を直接制御することによって、すべてのシフト領域を個別に制御することもできるが、ここでは、幾つかのシフト領域を纏めて１つの制御単位として扱い、全体を複数の制御単位に分ける方法について説明する。
例えば、全体を４つの制御単位に分けるものとする。電極２１１〜２１４の間に含まれる３つのシフト領域をチャンネル１、次の３つのシフト領域をチャンネル２、以下同様にチャンネル３、チャンネル４とする。
【００４２】
それぞれのチャンネル（以下Ｃｈと略称する）の両端の電極には、制御装置２０７から直接制御電位が与えられるが、中間にある電極には、制御装置２０７に内蔵される直列抵抗２０９により、両端の電極に与えられる電位差が分圧されて間接的に電位が与えられる。各電極間に挟まれる抵抗値を等しくしておけば、３つのシフト領域にかかる電界レベルはすべて等しくなる。
Ｃｈの両端の電極にかかる電位の電位差が逆転し、シフト領域にかかる電界の極性が反転した場合、中間に含まれる３つのシフト領域は個別の動作はせず、一斉にシフト方向が反転する。
なお、直列抵抗２０９は液晶板２０１側に設置することもできる。その場合、制御装置２０７と液晶板２０１を結ぶ配線２０８が簡略化できる。
【００４３】
図３において、供給電圧Ｖ４は分圧回路により、基準の０レベルであるＶ０との間をＶ３、Ｖ２、Ｖ１に等分に４段に分割してある。各段における電位差は、液晶２０５に対する前記所定レベルの電界が与えられる大きさに設定されている。各段の間の電位差を便宜上、単位電圧Ｖｕと呼ぶ。
スイッチング回路ＴＲ００〜ＴＲ０４は電極２１１に与える電位を前記Ｖ０〜Ｖ４のいずれか１つに定める。
スイッチング回路ＴＲ４０〜４４は電極２２３に与える電位を前記Ｖ０〜Ｖ４のいずれか１つに定める。スイッチング回路ＴＲ１０およびＴＲ１４は電極２１４に与える電位を最高電位のＶ４、最低電位のＶ０をそれぞれ与えられるように構成されていて、いずれか一方の電位を与えるか、どちらも与えないように制御される。電極２１７、電極２２０のそれぞれに接続されたスイッチング回路も同様の働きをする。
【００４４】
一例として、電極２１４に最高電位Ｖ４が与えられたとする。このとき、電極２１７、２２０はスイッチング回路をともに切断しておき、特定の電位は与えない。電極２１１にはＶ３の電位、電極２２３にはＶ１の電位を与えるものとする。
Ｃｈ１のシフト領域は、電極２１１にかかる電位より、電極２１４にかかる電位の方が高いので、Ｘ軸方向に見た場合、負方向に単位電圧Ｖｕによる電界がかかっている。
【００４５】
Ｃｈ２〜Ｃｈ４のシフト領域は電極２１４にＶ４の電位、電極２２３にＶ１の電位が与えられている。すなわち、３つのＣｈに対し、単位電圧Ｖｕの３倍が与えられたことになり、両電極の間に挟まれる直列抵抗により、電極２１７には電位Ｖ３が、電極２２０には電位Ｖ２が与えられることになる。したがって、Ｃｈ２〜Ｃｈ４のシフト領域は、Ｘ軸方向に見た場合、すべて正方向に単位電圧Ｖｕによる電界がかかる。
こうすることにより、各シフト領域にかかる電界レベルは絶対値がすべて等しくなる。
【００４６】
この制御状態において、Ｚ軸正方向に光束が入射すると、Ｃｈ１では光束がＹ軸正方向にシフトされ、Ｃｈ２〜Ｃｈ４では光束がＹ軸負方向にシフトされる。この状態における各電極の電位を表したのが図４の実線のグラフである。同グラフにおいて、白丸印のプロットは、その電位が電極に直接与えられたことを示す。黒丸印のプロットは、分圧によりその電位が電極に間接的に与えられたことを示す。
電極間を結ぶグラフが右上がりのシフト領域は負方向の電界、右下がりのシフト領域は正方向の電界がかかっていることを示す。
【００４７】
電極２１１を最高電位Ｖ４に設定し、かつ電極２２３を最低電位Ｖ０に設定し、さらに中間電極には特定の電位を与えないようにすれば、Ｃｈ１〜Ｃｈ４のすべてのシフト領域を透過する光束は下方にシフトされる。中間の電極２１４、２１７、２２０のいずれか１つを選択して最高電位Ｖ４を与え、その両側が互いに逆極性で、かつ、各Ｃｈに単位電圧Ｖｕがかかるように、両端の電極２１１および２２３にかける電位を選べば、透過する光束は、選択した中間電極を境に、左側は上方に、右側は下方にシフトされる。
電極２２３を最高電位Ｖ４に設定し、かつ電極２１１を最低電位Ｖ０に設定し、さらに中間電極には特定の電位を与えないようにすれば、Ｃｈ１〜Ｃｈ４のすべてのシフト領域を透過する光束は上方にシフトされる。
【００４８】
上記の制御の仕方は、最高電位Ｖ４を与える電極さえ決まれば、他の電極に与える電位は一義的に決まるので、以後の制御の説明では、最高電位Ｖ４を与える電極のみで制御の状態を代表するものとする。
最高電位Ｖ４を与える電極を、電極２１１、２１４、２１７、２２０、２２３と順次切り換えていくことを考える。このように選択された電極の位置を、その前後で画素ずらし方向が反転していることから、画素ずらし変更の位置と呼ぶ。例として前記したように、電極２１４が選択されている状態から電極２１７が選択された状態に切り替わった場合を説明する。
【００４９】
この状態を図４の破線のグラフで示す。同グラフにおいて、三角印のプロットは、その電位が電極に直接与えられたことを示す。黒丸印のプロットは、分圧によりその電位が電極に間接的に与えられたことを示す。
この状態では、光束はＣｈ１、Ｃｈ２においては上方に、Ｃｈ３、Ｃｈ４においては下方にシフトされる。すなわち、Ｃｈ２のみが電界方向が逆転し、下方シフトから上方シフトへと変化する。
このように、最高電位Ｖ４を与える電極の選択位置が右に移動するにつれ、その電極のすぐ左側に位置するＣｈの電界方向が逆転して、光束のシフト方向が下方から上方へ逆転していく。
【００５０】
これに対して、最低電位Ｖ０を与える電極の選択位置を右に移動させると、その電極のすぐ左側に位置するＣｈの電界方向が逆転して、光束のシフト方向が上方から下方へとシフト方向が逆転していく。
電極の選択位置の移動のことを、表示素子の画像情報更新における走査になぞらえて、これも走査と呼ぶ。電界をかける方向には正負の極性があるが、極性を意識しないで単に水平方向のような意味に用いるときは電界の方向線と呼ぶ。走査方向、シフト方向などについても同様とする。
【００５１】
図１における液晶板１０８、１１０はこのような構成の画素ずらし素子を用いるものとする。
表示素子１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂの走査方向と、第１の液晶板１０８の走査方向とは同方向になるよう設定されている。すなわち、図２に示すように電極の長手方向が上下方向になるよう液晶板を配置し、電極をＣｈ単位で水平方向に走査する。３個の表示素子による１サブフレームのための水平走査の方向を一致させておき、その走査と同方向になるよう第１の液晶板１０８の走査をほぼ同期して行う。ただし、液晶板の走査はＣｈ単位の走査であり、１つのＣｈが表示素子の複数の走査線に対応している。この構成によって図１４（ａ）から（ｂ）に示すような画像シフトが行われる。
【００５２】
図５は液晶板に与える信号のタイミングチャートである。同図（ａ）は第１の液晶板１０８に与える信号、同図（ｂ）は第２の液晶板１１０に与える信号をそれぞれ示すチャートである。ただしここでは、Ｃｈは４以上あるものとして示した。
同図において、縦軸はＣｈ単位で与えられる電圧であり、各Ｃｈには前述の単位電圧Ｖｕが正負極性を換えて与えられる。横軸は時間をそれぞれ示す。時間Ｔｕはサブフレームの周期に等しい。各Ｃｈ間の時間差、すなわち遅延時間δｔは、１つのＣｈが対応している表示素子の走査線数（画素列数）分の前記した遅延時間の和に等しくしてある。この遅延時間δｔは、図３において選択電極を電極２１４に切り換えてから電極２１７に切り換える遅延時間に相当する。
表示素子の図示しない駆動回路には、画素列単位の走査を行うための基本クロック生成手段が設けられているので、この基本クロックを１Ｃｈに対応する画素列数分だけ合算して時間δｔとすることができる。
【００５３】
ここで問題になるのが、先に述べた第２の液晶板と表示素子の、走査方向不一致の問題である。そこで、本発明では、表示素子１０７Ｒ〜Ｂとして、特許文献３に示されるような、上下、左右いずれにも走査できる表示素子を用いる。そして、左右方向に画像シフトするサブフレームの情報更新に対応させるため、第２の液晶板の電極が水平方向になるよう配置して、電極の走査を上下方向に行う。これに対応するように、表示素子も上下方向に走査方向を一致させて走査する。こうすることによって、図１４（ｂ）から（ｃ）に示すような画像シフトが最短時間で行える。
【００５４】
図５（ｂ）に示すように、Ｃｈ１の電位が正から負に切り替わるタイミングは第１の液晶板の同じ切り替わりのタイミングから時間Ｔｕだけ遅らせてある。また、Ｃｈ２の切り替わりタイミングは、第１の液晶板におけるのと同様、Ｃｈ１に対してδｔだけ遅延している。
【００５５】
Ｔｕとδｔの関係は１つのＣｈに対応する表示素子の画素列数と表示時間によって決まる。例えば、画素列数が１０２４列であったとし、８列を１Ｃｈに対応させるとし、情報更新が終わってから次の情報更新を開始するまでの時間幅をＴｄとすれば、
Ｔｕ＝Ｔｄ＋δｔ（１０２４／８）＝Ｔｄ＋１２８δｔ
となる。
このように、１Ｃｈを２ｎ列（上記の例ではｎ＝３）に対応させておくと、表示素子に入力される基本クロックを単純にｎ段分周するだけで、液晶板用の走査クロックが得られるので都合がよい。
【００５６】
図６は画像表示と画素ずらしの関係を示す図である。
同図において符号２５はサブ画素４ａからなるサブフレーム表示時間帯、２６はＹ方向画素ずらしの時間帯、２７はサブ画素４ｂからなるサブフレーム表示時間帯、２８はＸ方向画素ずらしの時間帯、２９はサブ画素４ｃからなるサブフレーム表示時間帯をそれぞれ示す。
同図において、横軸は時間、縦軸は表示素子の画素列の位置をそれぞれ示す。ただし、縦軸は、時間帯２６の前後ではＸ軸方向であり、時間帯２８の前後ではＹ軸方向に切り換えて示してある。
【００５７】
図７、８は図６のタイミングの関係を表示素子と液晶板との関係で示した図である。両図は理解を容易にするため、動作に関係する素子のみで示し他の部材は省略してある。
以下、図６〜８を用いて走査と画素ずらしの関係を説明する。
時間帯２５における最上位の画素列は、表示素子上では１番右端の縦の画素列である。なお、煩雑さを避けるため、画素列は上下の一部のみを省略形で示している。画像情報の更新に当たっては、以下順次左に向かって水平走査を行う。すなわち、図２に示した走査方向とは逆になる。
これに対応して液晶板も水平走査するように配置されている。液晶板の１Ｃｈは表示素子の画素列ｎ列に対応して、全部でＮＣｈで構成されているものとする。説明の便宜上、表示素子の走査線数も、液晶板の走査Ｃｈ数も縦横が同数であるものとする。
【００５８】
表示素子１０７の情報更新開始の時刻Ｔ１から時間δｔ遅れた時刻Ｔ５に、図５に示すＣｈ１への印加電位の極性反転により、液晶板１０８の水平走査が開始される。このδｔは表示素子のｎ列の遅延時間に対応している。以後、時間δｔ経過毎に次のＣｈが走査されていく。したがって、液晶板の走査は表示素子の走査に対してδｔの遅延時間があるが全体としてはほぼ同期しているといえる。
なお、液晶板の構成を表示素子と全く同じ走査線数に構成した場合は、δｔの遅延時間を必要とせず、液晶板は表示素子と完全に同期させて走査すればよい。
このような完全な同期も、上記”ほぼ同期”の中に含めるものとする。
【００５９】
Ｃｈ１の画素ずらし終了時刻Ｔ６より後の時刻Ｔ２までに情報更新を終了させ、画像表示を開始すれば表示中の画像が移動するようなことがない。
時刻Ｔ３で情報更新を開始した左端の画素列が更新を終了し、第ＮＣｈの画素ずらしも終了して表示を開始する時刻Ｔ４から、次のサブフレームのための情報更新開始時刻Ｔ１’までの間はサブフレームの全画像が表示されている。
【００６０】
図７は水平走査の途中の状態を模式的に示す図である。素子中に示す大きい矢印は走査の方向を示す。小さい矢印は光束のシフト方向を示す。両矢印の方向は直交している。
表示素子１０７の情報更新位置に合わせて、現在、液晶板１０８のｋｘ番目のＣｈが画素ずらし動作中である状態を示す。それまで上方にシフトされていた光束が、画素ずらし走査を受けると下方にシフトされるようになる。これにより、図１４（ａ）から（ｂ）へのシフトが行われる。
ただし、図６に示したように、実際にはＣｈｋｘが画素ずらしを開始しても、それ以前のＣｈの画素ずらしが必ずしも終了しているわけではないので、図７〜８は単に概念を示すものである。
【００６１】
時間帯２７においてサブ画素４ｂによるサブフレームが全画像表示された時点で、縦軸をＹ軸方向に切り換えたものとして説明する。
時間帯２７の表示終了時刻Ｔ１’における最上位の画素列は、表示素子１０７の一番上の画素列である。以下、時間帯２８において、上下と左右の違いはあっても、基本的な動作は時間帯２６と同様な動作で垂直走査が行われ、光束の右方向へのシフトにより、図１４（ｂ）から（ｃ）への画素ずらしが行われる。
【００６２】
図８は垂直走査の途中の状態を模式的に示す図である。素子中に示す大きい矢印は走査の方向を示す。小さい矢印は光束のシフト方向を示す。
表示素子１０７の情報更新位置に合わせて、現在、液晶板１１０のｋｙ番目のＣｈが画素ずらし動作中である状態を示す。それまで左方にシフトされていた光束が、画素ずらし走査を受けると右方にシフトされるようになる。これにより、図１４（ｂ）から（ｃ）へのシフトが行われる。
【００６３】
図は省略したが、図７〜８に対し逆方向への画素ずらしも同様の原理で行うことができる。それによって図１４（ｃ）から（ｄ）へ、また同図（ｄ）から（ａ）への画像シフトを行うことができる。すなわち、サブ画素４が画素３の４分割である場合は、垂直方向走査と水平方向走査は交互に行うことになる。
これまでの説明では反射型画像表示素子を例にとって説明してきたが、透過型画像表示素子、あるいは、自己発光型画像表示素子であっても、水平走査と垂直走査のように、２次元の各方向に走査可能な表示素子であればどれでも使えることは明らかである。
また、画素ずらし素子として垂直配向型強誘電性の液晶を用いた例で説明したが、特許文献２に示されたような画素ずらし素子を用いることもできる。
【００６４】
これまで、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向ともにシフト位置が２カ所ずつ、したがって、サブフレームが４個の場合で説明してきたが、それぞれの軸方向のシフト位置を３カ所、あるいは４カ所以上にしても、本発明の原理は全く同様に適用することができる。すなわち、サブフレームも４個に限らず、６個、８個、９個、１２個、１６個、あるいはそれ以上も原理的には可能である。ただし、サブフレームの数が多くなると、それだけ高速の画像処理が必要となるので、処理速度の能力で最大のサブフレーム数は制約される。また、この場合画素ずらし素子も、光束シフトのための電圧印加レベルを複数与えることで、各軸方向のシフト量を、単に±ｓとするのではなく、たとえば、±ｓおよび±２ｓのように、正負各方向に多段にすればよい。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば、２次元方向の画素ずらしを行っても、画像表示時間を十分とることのできる画像投影装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する画像表示装置の一例を示す図である。
【図２】本発明に用いる画素ずらし素子としての液晶板の一例を説明するための図である。
【図３】本発明に用いる画素ずらし素子としての液晶板の一例を説明するための図である。
【図４】本発明に用いる画素ずらし素子としての液晶板の一例を説明するための図である。
【図５】液晶板に与える信号のタイミングチャートである。
【図６】画像表示と画素ずらしの関係を示す図である。
【図７】図６のタイミングの関係をを表示素子と液晶板との関係で示した図である。
【図８】図６のタイミングの関係をを表示素子と液晶板との関係で示した図である。
【図９】表示素子の一例を示す模式図である。
【図１０】拡大投影の概念を説明するための図である。
【図１１】画素ずらしの一例を説明するための図である。
【図１２】画素ずらしの一例を説明するための図である。
【図１３】画素ずらしの一例を説明するための図である。
【図１４】画素ずらしの一例を説明するための図である。
【図１５】画素ずらしの一例を説明するための図である。
【図１６】液晶を用いた画素ずらし手段を説明するための図である。
【図１７】液晶を用いた画素ずらし手段を説明するための図である。
【図１８】液晶を用いた画素ずらし手段を説明するための図である。
【図１９】液晶を用いた画素ずらし手段を説明するための図である。
【図２０】液晶を用いた画素ずらし手段を説明するための図である。
【図２１】図１６〜１８で示したような液晶による画素ずらし素子の作動を示すタイミングチャートである。
【図２２】画像表示と画素ずらしのタイミングにおける問題点を説明するための図である。
【図２３】画像表示と画素ずらしのタイミングにおける問題点を説明するための図である。
【図２４】画像表示と画素ずらしのタイミングにおける問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
３      画素
４      サブ画素
１０７      反射型画像表示素子
１０８      第１の画素ずらし素子
１０９      λ／２波長板
１１０      第２の画素ずらし素子
２０１      画素ずらし素子
２０５      液晶
２１０      電極板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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