(57)【要約】【課題】画像シフト素子を備えた表示装置において、画像表示素子における表示タイミングと画像シフト素子における画像シフトとのタイミングのずれを低減する。【解決手段】本発明の表示装置は、配列された複数の画素を有し、表示すべき画像が入力信号に基づいて順次書き込まれる画像表示素子２と、画像表示素子２の光出射側に配置され、画像表示素子２に表示された画像を光学的にシフトさせる画像シフト素子３とを備えている。１垂直期間内における前記画像表示素子への画像書き込み期間が、入力信号の原信号の１垂直期間内における有効画像表示期間よりも短縮されているため、画像シフト素子３の動作を面内で分割しない場合であっても。することができる。【選択図】　図１４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配列された複数の画素を有し、表示すべき画像が入力信号に基づく順次走査によって書き込まれる画像表示素子と、
前記画像表示素子の光出射側に配置され、前記画像表示素子に表示された画像を光学的にシフトさせる画像シフト素子と、
を備えた画像表示装置であって、
１垂直期間内における前記画像表示素子への画像書き込み期間が、前記入力信号の原信号の１垂直期間内における画像書き込み期間よりも短縮されている画像表示装置。
【請求項２】
前記画像シフト素子は、前記画像表示素子に表示された画像の全体を同時にシフトする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記入力信号の原信号を受け取り、前記原信号の１垂直期間内における画像書き込み期間を半分以下に短縮した入力信号を生成する信号変換回路を備えている請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記短縮された画像書き込み期間は、前記原信号における前記画像書き込み期間の１／３以下に設定されている請求項１から３のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記入力信号の垂直ブランキング期間は、前記原信号の垂直ブランキング期間よりも長く設定されている請求項１から４のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記入力信号の１水平期間は、前記原信号の１水平期間よりも短縮されている請求項１から５のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記入力信号の水平ブランキング期間は、前記原信号の水平ブランキング期間よりも短縮されている請求項６に記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記画像表示素子に表示される画像のデータを格納するメモリ部を備え、
前記メモリ部へのデータの書き込み時および／またはデータの読み出し時において、前記画像表示装置への画像書き込み期間を調整する請求項１から７のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記画像シフト素子による画像シフトは、前記画像表示素子に対する画像データの書き込みが約半分行われた時点に同期して実行される請求項１から８のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１０】
光源からの光を赤、緑、および青の光に分離し、１つの画像表示素子に照射する色分離光学系と、
前記画像表示素子の光入射側に設けられ、前記色分離手段で分離された赤、緑、および青の光を、それぞれ、前記画像表示素子において対応する画素領域に集光させる光制御手段と、
前記画像シフト素子からの出射光を投影する投影手段と、
を備えている請求項１から９のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１１】
光源からの光を赤、緑、および青の光に分離する色分離光学系と、
前記赤、緑、および青の光を合成する色合成手段と、
前記色合成手段からの出射光を投影する投影手段と、
を備えており、
前記画像表示素子は、前記赤、緑、および青の各光路を横切るように配置され、
前記画像シフト素子は、前記色合成手段と前記投影手段との間に配置されている請求項１から９のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１２】
配列された複数の画素を有し、表示すべき画像が入力信号に基づいて順次書き込まれる画像表示素子と、
前記画像表示素子の光出射側に配置され、前記画像表示素子に表示された画像を光学的にシフトさせる画像シフト素子と、
を備えた画像表示装置の駆動方法であって、
前記入力信号の原信号を受けとるステップと、
１垂直期間内における前記画像表示素子への画像書き込み期間が前記原信号の１垂直期間内における有効画像表示期間よりも短縮された入力信号を前記原信号に基づいて生成するステップと、
前記入力信号に基づいて画像を前記画像表示素子に書き込むステップと、
を含む画像表示装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像シフト素子を備えた画像表示装置に関しており、特に、ヘッド・マウント・ディスプレイ（以下、「ＨＭＤ」と称する。）や投影型表示装置（プロジェクタ）などの画像表示装置に関している。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示素子は、一対の基板と、これらの基板間に挟まれた液晶層とを備えている。基板は、行および列（マトリクス）状に規則的に配列された複数の画素電極を有しており、画像信号に対応した駆動電圧が画素電極のそれぞれに印加される。この電圧印加によって液晶層の光学特性（光の透過率や反射率）が画素ごとに変化するため、画像や文字などを表示することができる。
【０００３】
基板上の各画素電極に独立した駆動電圧を印加する方式には、「単純マトリクス方式」と「アクティブマトリクス方式」とがある。
【０００４】
アクティブマトリクス方式の場合、各画素電極に対応するスイッチング素子が基板上に配列される。このようなスイッチング素子が配列された基板をアクティブマトリクス基板と呼ぶ。アクティブマトリクス基板上のスイッチング素子は、対応する画素電極と信号配線との間で電気的な導通／非導通状態を切り替える働きをする。このようなスイッチング素子には、金属−絶縁体−金属（ＭＩＭ）素子や薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などが好適に用いられている。
【０００５】
スイッチング素子は、非導通状態のとき、可能な限り高い電気抵抗を示すことが要求される。しかし、非導通状態にあるスイッチング素子に対して強い光が入射すると、スイッチング素子の電気抵抗が低下し、リーク電流が発生するため、画素電極に蓄えられていた電荷が放電されてしまうという問題が生じる。また、画素電極に適切なレベルの駆動電圧が印加されず、本来の表示動作が実行されなくなり、黒状態でも光が漏れてコントラスト比が低下するという問題も生じる。
【０００６】
液晶表示素子が透過型の場合は、上記問題を解決するため、アクティブマトリクス基板上、または、アクティブマトリクス基板とは液晶層を挟んで対向する対向基板に、ブラックマトリクス（ＢＭ）と呼ばれる遮光層が配置される。このブラックマトリクスの存在は、画素開口部の面積割合（開口率）を小さくしてしまう。ブラックマトリクスの占有面積を縮小して高精細化を達成するには、スイッチング素子や配線を微細化すればよいが、スイッチング素子や配線を微細化すると、駆動力の低下や配線抵抗の増加を招くことになる。また、製造技術上の制約からも、スイッチング素子や配線を微細化するのは難しい。
【０００７】
ブラックマトリクス上の非表示領域を利用して高精細化をはかる目的で、表示画像を画素ピッチ程度だけ光学的に移動させる技術が米国特許第４、９８４、０９１号に開示されている。この技術によれば、画素の移動に同期させ、移動した画素位置に対応する映像を表示される。その結果、見かけ上の画素数が増えるため、解像度の低い表示素子を用いても、高精細の表示パネルを用いた場合と同様の表示が可能となる。
【０００８】
米国特許第６、０６４３号は、赤、緑、青（以下、「ＲＧＢ」と称する。）の各画素をシフト素子によって光学的に順次シフトさせ、シフトした画素を重ね合わせて表示する方法を開示している。この方法では、１つの画素に対応する領域において、ＲＧＢの各画素が時分割で表示される。その結果、表示パネル上の画素ピッチを縮小せずに、見かけの解像度を３倍に向上させることができる。
【０００９】
上記米国特許第６、０６４３には、画像を光学的にシフトさせる手段として、液晶素子と複屈折素子とを組み合わせた画像シフト素子が開示されている。複屈折素子は、入射する光の偏光方向によって光の屈折方向が変わる材料から形成されたものである。複屈折素子に入射する光の偏光方向を液晶素子によって変えれば、複屈折素子から出る光の光軸をシフトさせることができる。
【００１０】
図１は、公知の画像シフト素子を示している。この画像シフト素子は、光線の伝搬方向に沿って直列的に配列された液晶素子１０および複屈折素子１２を備えている。液晶素子１０は、入射してきた直線偏光の電場ベクトル振動面（以下、「偏光面」と称する。）を９０°回転させた状態と、回転させずにそのまま透過する状態との間で偏光状態をスイッチングする。複屈折素子１２は、入射してきた直線偏光の偏光面の向きに応じて光線をシフトさせることができる。
【００１１】
図１に示されている例では、液晶素子１０に入射する光の電場ベクトル方向（偏光方向）は紙面に平行である。液晶素子１０は屈折率異方性Δεが正のＴＮモードの液晶（ＴＮ液晶）を用いているため、液晶素子１０の液晶層に電圧が印加されていない時（電圧ＯＦＦ状態の時）、液晶分子は９０°ねじれた状態にあり、その旋光性によって入射光の偏光面は９０°回転する。一方、液晶素子１０の液晶層に所定レベル以上の電圧が印加されている時（電圧ＯＮ状態の時）、液晶分子の長軸の向きは電界の向きに整合した状態にあるため、入射光の偏光面は紙面に平行なまま出射されることになる。そして、図示されている複屈折素子１２は偏光面が紙面に平行な光はそのまま透過させるが、紙面に垂直な光はシフトさせることができる。
【００１２】
図１に示すような画像シフト素子内の液晶素子１０は、印加される電圧の大きさに応じて、第１の直線偏光を出射する状態と、これに垂直な偏光面を有する第２の直線偏光を出射する状態との間で状態を適切かつ迅速に切り替えることが求められる。
【００１３】
このような画像シフト素子を用いた投影型画像表示装置が特開平４−６３３３２号公報に開示されている。
【００１４】
また、特開平８−１９４２０７号公報には、画像シフト素子を画像表示素子の垂直走査方向に沿って複数の領域に分割することにより、画像表示素子での画像の表示のタイミングと画像シフト素子でのシフトタイミングとのずれを低減する技術が開示されている。
【００１５】
図２を参照しながら、画像シフト素子を３つの領域Ａ〜Ｃに分けて順番に駆動する場合の動作を説明する。図２では、液晶素子と複屈折素子とを区別することなく「画像シフト素子３’」として一体的に記載されている。
【００１６】
画像表示素子は、複数の画素が規則的に配列された表示領域を有しており、画素の各行が水平走査線に相当している。画像書き込みは、表示領域の上から下に向かって走査線単位で実行される。上からｋ番目（ｋは正の整数）の水平走査線に対して、対応する画像データが書き込まれた後、ｋ＋１番目の水平走査線に対して、対応する画像データが書き込まれる。ｋ番目の水平走査線に対する画像データの書き込み開始時点から、ｋ＋１番目の水平走査線に対する画像データの書き込み開始時点までの間隔は、「１水平走査期間（１Ｈ）」と称されている。１水平走査期間内には、画像データの書き込みが行われないブランキング期間（水平ブランキング期間）が存在するため、各水平走査線に対して実際に画像データが書き込まれる期間を「水平画像書き込み期間」と称し、「１水平走査期間（１Ｈ）」とは区別される。
【００１７】
表示領域の１番下の水平走査線に対する画像データの書き込みが完了したら、次の画像データの書き込みが開始される。ｍ番目（ｍは正の整数）の画面を構成する画像データの書き込み開始時点から、ｍ＋１番目の画面を構成する画像データの書き込み開始時点までの期間は、「垂直走査期間（１Ｖ）」と称される。１垂直走査期間内には、画像データの書き込みが行われないブランキング期間（垂直ブランキング期間）が存在するため、１つの画面を構成する画像データが書き込まれる期間を「垂直画像書き込み期間」と称し、垂直走査期間とは区別される。
【００１８】
画像シフト素子３’の３つの領域Ａ〜Ｃは、同時にではなく、別々のタイミングで駆動される。具体的には、画像シフト素子３’内の液晶素子（図２において不図示）に設けられた透明電極が３つの領域に分離され、液晶素子内の液晶層の３つの領域に対して異なる電圧を独立して印加することが可能である。液晶層の各領域を駆動するタイミングは、画像表示素子の表示部において、液晶素子の３つの領域Ａ〜Ｃの各々が対応する領域への画像書き込みが半分完了した時点である。すなわち、１垂直画像書き込み期間をｎ秒とすると、画面を３つに分割したときの１番上の領域への画像書き込みは、垂直画像書き込み期間の開始からｎ／３秒経過するまでの期間だけ実行される。真ん中の領域への画像書き込みは、経過時間がｎ／３〜２ｎ／３秒の期間だけ実行される。１番下の領域への画像書き込みは、経過時間が２ｎ／３〜ｎ秒の期間だけ実行される。従って、各領域への画像書き込みが半分完了した時点とは、それぞれ、垂直画像書き込み期間内における経過時間がｎ／６秒、３ｎ／６秒、５ｎ／６秒の時点であり、これらの各時点で画像シフト素子３’による画像のシフトが実行される。
【００１９】
以上のことから明らかなように、各水平走査線に画素データが書き込まれるタイミングと画像シフトのタイミングとの間に生じるずれは、最大の場合でｎ／６秒となる。これに対し、画像シフト素子の液晶素子を３つの領域に分割しない場合は、各水平走査線に画素データが書き込まれるタイミングと画像シフトのタイミングとの間に生じるずれは、最大でｎ／２秒になる。このように、シフトする領域を複数に分割することにより、タイミングのずれが低減され、表示品位が改善される。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、画像表示素子２の垂直方向に沿って複数に分割した領域毎に画像をシフトすると、以下に説明する問題が生じる。
【００２１】
図３に示すように、画像表示素子２からの出射光は完全な平行光ではなく、ある程度の広がり角をもって画像シフト素子３’に入射する。また、現実の画像表示素子２と画像シフト素子３’の間にはガラス基板や偏光板が介在するため、両者の間には、ある程度の間隔が必要となる。このため、画像シフト素子３’における分割領域の境界に対応した画像表示素子２の表示領域から出射した光は、画像シフト素子３’の２つの領域に入射し、各領域に入射した光は、それぞれ異なるタイミングでシフトする。このため、同じ画素から出た光が異なる２つの位置に表示されることになる。言い換えると、１水平走査線に相当する画像（１行の画素）が異なるタイミングで１垂直期間内に２回シフトされるので、ある期間、２重画像が形成され、画像品位が劣化することになる。
【００２２】
図３の例では、画像表示素子２のある走査線から出た光が、画像シフト素子３’の領域Ｂおよび領域Ｃに入射している。この走査線から出た光は、本来、領域Ｂに入射し、領域Ｂによってシフトされるべきものであるとする。また、領域Ｂに入射した光は時刻ｔ２にシフトされ、領域Ｃに入射した光は時刻ｔ３にシフトされるとする。このため、領域Ｂおよび領域Ｃの両方に入射した光は、ｔ３−ｔ２で決まる時間だけ、２つの位置に表示され、２重像が生じる。
【００２３】
このような問題をできるたけ小さくするには、光が２つの領域に入射しにくくすればよい。このため、画像シフト素子３’を画像表示素子２の出射面にできるだけ隣接させることが好ましい。しかしながら、前述したように画像表示素子２と画像シフト素子３’の間にはガラス基板や偏光板が存在するため、画像表示素子２と画像シフト素子３’との間隔をある程度以下には近づけることができない。
【００２４】
また、画像表示素子を３枚用いる３板式液晶プロジェクタの場合、図４に示すように、Ｒ（赤光）、Ｇ（緑光）、Ｂ（青光）の３枚の表示素子に隣接した位置にそれぞれ１枚ずつ画像シフト素子を配置させねばならなくなる。すならち、３枚の画像シフト素子が必要となり、コストが上昇してしまう。なお、図４に示す装置は、Ｒ（赤光）、Ｇ（緑光）、Ｂ（青光）の各々の光路上に配置された画像表示素子２および画像シフト素子３’を備え、これらの素子を透過した光は、光合成プリズムで合成された後、投影レンズ６によって不図示のスクリーン上に投影される。
【００２５】
本発明は、上記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、均一な表示を行うことができる画像表示装置を提供することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像表示装置は、配列された複数の画素を有し、表示すべき画像が入力信号に基づく順次走査によって書き込まれる画像表示素子と、前記画像表示素子の光出射側に配置され、前記画像表示素子に表示された画像を光学的にシフトさせる画像シフト素子とを備えた画像表示装置であって、１垂直期間内における前記画像表示素子への画像書き込み期間が、前記入力信号の原信号の１垂直期間内における画像書き込み期間よりも短縮されている。
【００２７】
好ましい実施形態において、前記画像シフト素子は、前記画像表示素子に表示された画像の全体を同時にシフトする。
【００２８】
好ましい実施形態において、前記入力信号の原信号を受け取り、前記原信号の１垂直期間内における画像書き込み期間を半分以下に短縮した入力信号を生成する信号変換回路を備えている。
【００２９】
好ましい実施形態において、前記画像書き込み期間は、前記原信号における有効画像表示期間の１／３以下に設定されている。
【００３０】
好ましい実施形態において、前記入力信号の垂直ブランキング期間は、前記原信号の垂直ブランキング期間よりも長く設定されている。
【００３１】
好ましい実施形態において、前記入力信号の１水平期間は、前記原信号の１水平期間よりも短縮されている。
【００３２】
好ましい実施形態において、前記入力信号の水平ブランキング期間は、前記原信号の水平ブランキング期間よりも短縮されている。
【００３３】
好ましい実施形態において、前記画像表示素子に表示される画像のデータを格納するメモリ部を備え、前記メモリ部へのデータの書き込み時および／またはデータの読み出し時において、予め設定された期間、前記画像表示装置への画像書き込み期間を調整する。
【００３４】
好ましい実施形態において、前記画像シフト素子による画像シフトは、前記画像表示素子に対する画像書き込みが約半分行われた時点に同期して実行される。
【００３５】
好ましい実施形態において、光源からの光を赤、緑、および青の光に分離し、１つの画像表示素子に照射する色分離光学系と、前記画像表示素子の光入射側に設けられ、前記色分離手段で分離された赤、緑、および青の光を、それぞれ、前記画像表示素子において対応する画素領域に集光させる光制御手段と、前記画像シフト素子からの出射光を投影する投影手段とを備えている。
【００３６】
好ましい実施形態において、光源からの光を赤、緑、および青の光に分離する色分離光学系と、前記赤、緑、および青の光を合成する色合成手段と、前記色合成手段からの出射光を投影する投影手段とを備えており、前記画像表示素子は、前記赤、緑、および青の各光路を横切るように配置され、前記画像シフト素子は、前記色合成手段と前記投影手段との間に配置されている。
【００３７】
本発明による画像表示装置の駆動方法は、配列された複数の画素を有し、表示すべき画像が入力信号に基づいて順次書き込まれる画像表示素子と、前記画像表示素子の光出射側に配置され、前記画像表示素子に表示された画像を光学的にシフトさせる画像シフト素子とを備えた表示装置の駆動方法であって、前記入力信号の原信号を受けとるステップと、１垂直期間内における前記画像表示素子への画像書き込み期間が前記原信号の１垂直期間内における有効画像表示期間よりも短縮された入力信号を前記原信号に基づいて生成するステップと、前記入力信号に基づいて画像を前記画像表示素子に書き込むステップとを含む。
【００３８】
【発明の実施の形態】
本発明の画像表示装置は、表示すべき画像（画像データ）が入力信号に基づく順次走査によって書き込まれる画像表示素子と、この画像表示素子に表示された画像を光学的にシフトさせる画像シフト素子とを備え、１垂直期間内における画像表示素子への画像書き込み期間（有効画像表示期間）を、入力信号の原信号の１垂直期間内における画像書き込み期間（有効画像表示期間）よりも短縮している点に特徴を有している。
【００３９】
画像表示素子への画像書き込み期間が短縮されると、画像の書き込み開始時点から書き込み終了時点までの期間（＝有効画像表示期間）が短くなるので、画面一括型の画像シフトが行われた場合でも、画像書き込みのタイミングと画像シフトのタイミングとの間にある最大ずれ量を縮小することが可能となる。
【００４０】
以下、本発明による画像表示装置の好ましい実施形態を説明する。
【００４１】
（実施形態１）
まず、図５から図６を参照しながら、本発明による画像表示装置の第１の実施形態について、その基本的な構成を説明する。
【００４２】
図５に示す画像表示装置は、バックライト１、画像表示素子２、画像シフト素子３、および観察光学系４を備えている。本実施形態の画像表示素子２は、透過型の液晶表示パネルであり、バックライト１は、この画像表示素子２を照明する光源である。画像表示素子２は、駆動回路から駆動信号および映像信号などの信号を受け取り、映像信号などに応じた内容を持つ画像を表示することができる。画像表示素子２の前後には、画像表示素子２への入出射光の偏光を規制する偏光板（不図示）がクロスニコル状態で配置されている。なお、本明細書における「画像」とは、２次元的な情報の配列を広く含むものであり、イメージや映像だけではなく、テキストその他のデータ（情報）であってもよい。
【００４３】
観察光学系４は、画像表示素子２で表示された画像を光学的に拡大するための光学系である。観察者は、画像シフト素子３および観察光学系４を介して、画像表示装置２で表示された画像を観察することができる。
【００４４】
本実施形態では、バックライト１の必要な透過型液晶表示パネルを用いて画像表示素子２を構成しているが、画像を表示できる素子であれば、反射型の液晶表示であってもよく、また、有機ＥＬ素子やプラズマスディスプレスパネル（ＰＤＰ）などの自発光型の表示素子を用いることもできる。
【００４５】
画像シフト素子３の動作は、画像シフト素子用の駆動回路（不図示）によって制御される。この駆動回路は、液晶画像表示素子２の映像表示に同期した駆動信号を画像シフト素子３に供給する。画像シフト素子用の駆動回路は画像シフト素子３に含まれる複数の液晶素子に対して個別に複数レベル（Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗ）の電圧を印加するための電圧印加部を有している。
【００４６】
図６は、本実施形態の画像シフト素子３の構成例を示している。図示されている画像シフト素子３は、２つの光路シフト部、すなわち、第１シフト部１５０と第２シフト部２００とを有しているが、１つの光路シフト部だけを有していても良い。本実施形態では、このように２つのシフト部を直列的に配列した画像シフト素子３を備えているため、同一直線上の異なる３つの位置の間で画像をウォブリングさせることができる。また、第１シフト部１５０によるシフト方向を第２シフト部２００によるシフト方向と直交させるような構成を採用すれば、図１８に示すように、位置Ａ→位置Ｂ→位置Ｃ→位置Ｄ→位置Ａと巡回する画像シフトを実現することもできる。
【００４７】
第１シフト部１５０は、液晶素子１０と複屈折素子１２を用いて作製されており、第２シフト部２００は、液晶素子１１と複屈折素子１２を用いて作製されている。液晶素子１０および１１の各々は、液晶層と、液晶層の光入射面および光出射面を挟み込む一対の透明電極（不図示）と、これらを挟み込む一対の透明基板とを備えている。液晶素子１０および複屈折素子１２は、接着剤などによって一体化され、第１シフト部１５０がひとつの部品として機能するように構成されていても良い。第２シフト部２００についても同様である。また、第１シフト部１５０と第２シフト部２００とが一体化されていてもよい。
【００４８】
本実施形態における液晶素子１０および１１は、ＴＮモードの液晶を用いて作製されており、印加電圧のＨｉｇｈ／Ｌｏｗに応じて、入射光の偏光面を約９０°回転させる状態（第１の状態）と、入射光の偏光面を実質的に回転させずにそのまま出射する状態（第２の状態）との間でスイッチングする。上記の液晶素子に用いることのできる液晶の種類は、ＴＮ液晶に限定されず、例えばＯＣＢモードやＥＣＢモードの液晶、あるいは強誘電液晶などを用いることもできる。なお、本明細書における「直線偏光」とは、可視光帯域に含まれる全ての範囲において完全な直線偏光である必要は無く、所定の波長域内において実質的に直線偏光であればよい。
【００４９】
液晶素子１０および１１は、典型的には、一対の透明基板と、透明基板間に位置する液晶層と、液晶層に電圧を印加する透明電極（透明導電膜）とを有している。本実施形態で用いる液晶素子１０および１１は、いずれも、面内で略一様な分布の電圧与える電極構造を有している。液晶層に一様な電圧分布を与えるには、液晶素子１０および１１が、それぞれ、各液晶層を挟みこむ一対の電極を有していることが好ましい。ただし、面内で分割された電極パターンを有していても、各電極パターンに同じレベルの電圧が同時に印加されれば、一様な電極を有する場合と略同様の効果を得ることができる。本実施形態では、図２に示すように分割した領域毎に別個に画像シフトを行わずに、画面一括的な画像シフトを行う。このため、本実施形態では、図３を参照しながら説明した問題が本来的に発生しない。
【００５０】
画像シフト素子３内の各複屈折素子１２は、一軸結晶材料（例えば水晶など）から作製された素子である。複屈折素子１２に用いられる材料は、一軸結晶であれば、如何なるものであってもよい。例えば、ニオブ酸リチウム、方解石、雲母、ルチル（ＴｉＯ２）、チリ硝石（ＮａＮＯ３）などの材料を用いることができる。ただし、ＨＭＤのように、表示装置の総重量を小さくする必要がある場合、屈折率異方性（Δｎ）が相対的に大きなニオブ酸リチウムやルチルを用いることが好ましい。Δｎが大きい材料であれば、必要な画像シフト量を得るために必要な複屈折素子１２０の厚さを薄くできるため、小型化および軽量化に適している。
【００５１】
液晶素子１０および１１の各々の液晶層に印加する電圧のレベルを周期的に変化させることにより、入射光の偏光方向を複屈折素子１２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１２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。そして、その結果、画像表示素子２に表示された画像を入射光軸に垂直な方向へシフトさせることができる。
【００５２】
本実施形態では、図７の右側部分に示すフィールド１〜３の画像を順番に画像表示素子２に表示するとともに、表示されたフィールド１〜３の画像を図８に示すようにシフトさせる。なお、１フレームを構成するフィールド数は３つに限定されるわけではない。
【００５３】
まず、図７を参照しながら、フィールド１〜３の構成を詳細に説明する。
【００５４】
図７の左側部分には、あるフレームを構成するＲ、Ｇ、およびＢ用信号の内容が示されており、図７の右側部分には、Ｒ、Ｇ、およびＢ用信号に基づいて作成されたフィールド１〜３の内容が示されている。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フィールド期間）において、被投影面上にはフィールド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フィールド期間）には、フィールド２の画像が表示され、最後の３分の１の期間（第３フィールド期間）には、フィールド３の画像が表示される。本実施形態では、これら３つのフィールド画像が図８に示すように上下にシフトし、時間的にずれながら合成される結果、人間の目には図７の左側部分に示す３つの画像を単純に重ね合わせた画像（原画像）が認識されることになる。なお、本明細書では、１フレーム期間内に表示される複数の画像（サブフレーム画像）を、インタレース駆動で用いられる「フィールド」と同様の用語で表現するものとする。
【００５５】
次に、フィールド１を例にとり、フィールド画像のデータ構成を詳細に説明する。まず、フィールド１の第１行画素領域用データは、図７に示すように、Ｒ用信号の第１行目画素（Ｒ１）に関するデータから形成される。フィールド１の第２行画素領域用データは、Ｇ用信号の第２行目画素（Ｇ２）に関するデータから形成される。フィールド１の第３行画素領域用データは、Ｂ用信号の第３行目画素（Ｂ３）に関するデータから形成される。フィールド１の第４行画素領域用データは、Ｒ用信号の第４行目画素（Ｒ４）に関するデータから形成される。以下、同様の手順でフィールド１のデータが構成される。
【００５６】
フィールド２および３のデータも、フィールド１の場合と同様にして構成される。例えばフィールド２の場合、第０行画素領域用データは、Ｂ用信号の第１行目画素（Ｂ１）に関するデータから形成され、フィールド２の第１行画素領域用データはＲ用信号の第２行目画素（Ｒ２）に関するデータから形成される。フィールド２の第２行画素領域用データはＧ用信号の第３行目画素（Ｇ３）に関するデータから形成され、フィールド２の第３行画素領域用データはＢ用信号の第４行目画素（Ｂ４）に関するデータから形成される。
【００５７】
このようにしてＲ、Ｇ、およびＢ用信号を予め設定された順序で組み合わせることによって、時分割表示されるフィールドの各々のデータが生成される。この結果、フィールド用データの各々は、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、フィールド１の場合、Ｒの情報は、図７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の情報はフィールド２および３に割り振られている。
【００５８】
本実施形態では、画像表示素子２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、各フィールド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。
【００５９】
本実施形態では、このようにして作成したフィールド１〜３の信号を原信号と呼ぶことにする。
【００６０】
次に、図９を参照しながら、本実施形態における画像表示装置のシステム構成例を説明する。
【００６１】
本システムは、図９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、表示素子（液晶表示パネル）２、画像シフト素子３、画像シフト素子制御回路１０８、および観察光学系４から構成されている。
【００６２】
照明光学系１０２、画像表示素子２、画像シフト素子３、および観察光学系４は、図５におけるバックライト１、画像表示素子２、画像シフト素子３、および観察光学系４に対応しているので、それらの詳細な説明は、ここでは省略する。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。
【００６３】
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、フレームレート変換回路１２６、フレーム変速回路１２８、システム制御回路１３２、およびフレームメモリ回路１３４から構成されている。　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。
【００６４】
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。
【００６５】
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、フレームレート変換回路１２６に送られる。フレームレート変換１２６は、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。
【００６６】
フレーム変速回路１２８は、１垂直期間（＝１フィールド期間）において画像表示素子へ画像を書き込む期間（垂直画像書き込み期間）を原信号の１垂直期間内における垂直画像書き込み期間よりも短縮する機能を有している。本実施形態では、このフレーム変速回路１２８により、垂直画像書き込みが原信号の１／３に変化させられる。フレーム変速回路１２８から出力された信号は、フレームメモリに入力された後、画像表示素子２に入力される。
【００６７】
フレーム変速回路１２８によって垂直画像書き込み期間が短縮される前の原信号は、図１０（ａ）および（ｂ）に示す波形を有しているが、フレーム変速回路１２８から出た信号の波形は、図１１（ａ）および（ｂ）に示す波形を有している。両者を比較してわかるように、１フィールドの長さは等しいままであるが、垂直画像書き込み期間ｃが５．２９ｍｓｅｃから１．７６ｍｓｅｃへ短くなっている。図１１（ａ）および（ｂ）に示す例では、垂直バックポーチ期間ｂと垂直フロントポーチ期間ｄとを原信号に比べて長くするとともに、１水平期間（１Ｈ）を原信号に比べて短くすることにより、垂直画像書き込み期間ｃを短くしている。なお、本実施形態では、１水平期間（１Ｈ）を短くしながら、充分な水平画像書き込み期間ｃ’を確保するため、水平ブランキング期間（＝水平同期間ａ’＋水平バックポーチ期間ｂ’＋水平フロントポーチ期間ｄ’）を短縮している。なお、図１０および図１１に示している具体的な数値は、あくまでも一例に過ぎない。
【００６８】
フレーム変速回路１２８によって垂直画像書き込み期間ｃが短縮された信号（入力信号）は、フレームメモリ回路１３４に入力される。フレームメモリ回路１３４は、入力信号を格納する複数のフレームメモリを備えている。各フレームメモリは１垂直期間（１フィールド期間）分の入力信号を蓄える機能を有する。図１２および図１３を参照しながら、フレームメモリ回路１３４の機能を説明する。
【００６９】
フレームメモリ回路１３４は、図１２に示すように、フレームメモリＡおよびＢと、スイッチＡおよびＢとを備えている。スイッチＡおよびスイッチＢは、フレームメモリＡおよびフレームメモリＢに交互に接続される。具体的には、図１３に示す信号（制御信号）がスイッチＡおよびスイッチＢに入力されるため、最初の１垂直期間（Ｖ）の間、フレームレート変換回路１２８によって垂直画像書き込み期間が短くなった入力信号がスイッチＡを介してフレームメモリＡに入力される。次の１垂直期間のあいだ、この入力信号は、スイッチＡを介してフレームメモリＢに入力されるが、その間、スイッチＢを介してフレームメモリＡが画像表示装置２と接続される。その結果、画像表示素子２には、フレームメモリＡに格納されていた信号が送出され、その信号に基づいて表示画像が形成されることになる。
【００７０】
更に次の１垂直期間、フレームレート変換回路１２８から送られてきた入力信号は、スイッチＡを介してフレームメモリＡに入力されるが、その間、スイッチＢを介してフレームメモリＢが画像表示素子２と接続される。画像表示素子２には、フレームメモリＢに格納されていた信号が送出され、その信号に基づいて表示画像が形成される。
【００７１】
このようなスイッチＡおよびＢによるスイッチング動作により、各フレームメモリは、１フレーム分の信号を蓄える動作と出力する動作とを交互に行う。なお、フレームメモリ回路１３４内のフレームメモリの個数や組み合わせ方は、図１２に示す例に限定されるものではない。なお、本実施形態では、垂直画像書き込み期間を短縮したあとの入力信号をフレームメモリに書き込んだが、本発明は、これに限定されない。フレームメモリに書き込む際、またはフレームメモリから読み出す際に、垂直画像書き込み期間を短縮するようにしてもよい。
【００７２】
システム制御回路１３２は、入力信号選択回路１２０、フレームレート変換回路１２６、フレーム変速回路１２８、フレームメモリ回路１３４、および画像シフト素子制御回路１０８などの動作を制御する。
【００７３】
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、フィールド１〜３の表示と同期するように画像シフト素子３の動作を制御する。
【００７４】
本実施形態では、垂直ブランキング時間を長くすることによって各垂直期間内における有効画像表示期間（画像書き込み期間）を短縮している。また、垂直ブランキング時間を長くするとともに、水平ブランキング期間を短くすれば、水平画像書き込み期間を充分に確保できるので、好ましい。
【００７５】
本実施形態では、上記のフレームメモリ回路１３４から読み出された３つのフィールド信号を、順次、画像表示素子２に書き込み、表示する。その表示のタイミングと同期させて、図８に示すように画像シフト素子によって画像をシフトさせることにより、１つの画素でＲ、Ｇ、Ｂの画像表示を行うことができる。
【００７６】
このとき、画像シフト素子のスイッチングのタイミングは、図１４に示すように、画像表示素子２への画像書き込みが画面の約半分だけ行われた時点で、画面全体の画像がシフトするようにする。前述したように、１垂直画像書き込み期間をｎ秒とすると、画垂直画像書き込み期間の開始からｎ／２秒経過時点で画像シフト素子３による画像シフトが実行される。ここで、画面上端の走査線に画像データが書き込まれてから画像シフトが実行されるまでの時間はｎ／２秒であり、また、画像シフトが行われてから、画面下端の走査線に画像データが書き込まれるまでの時間も、ｎ／２秒である。従って、画像データの書き込みタイミングと画像シフトのタイミングとの間に発生するずれの最大は、ｎ／２秒となる。本実施形態では、この垂直画像書き込み期間ｎを原信号に比べて短縮しているため１／３に短縮している。すなわち、原信号における垂直画像書き込み期間が５．２９ｍ秒であるのに対し、フレーム変速後の入力信号における垂直画像書き込み期間は１．７６ｍ秒である。このため、ｎ／２秒で示されるタイミングのずれがフレーム変速を行わない従来例に比べて１／３に減少している。
【００７７】
本実施形態のように、画像表示素子に対する画像書き込みが約半分行われた時点に同期して画像シフト素子による画像シフトを実行すれば、タイミングのずれを画面の上下で略等しくでき、その結果、ずれの最大値を小さくしやすくなる。
【００７８】
本実施形態では、原信号における垂直画像書き込み期間を１／３に短縮した入力信号を生成し、画像表示に用いているが、本発明は、これに限定されない。原信号における垂直画像書き込み期間の半分以下に短縮すれば、本発明の効果は充分に得られるが、タイミングずれを更に小さくするには、原信号における垂直画像書き込み期間を１／３よりも短くすることが好ましい。
【００７９】
なお、画像シフト素子３に用いる液晶素子には応答の遅れが生じるので、採用する液晶層の応答速度を考慮し、画像シフト素子によるシフトタイミングを調節することが好ましい。こうすることにより、画面の上下でのタイミングずれのバランスをとることができる。
【００８０】
本実施形態によれば、画像表示素子２に表示された画像と、画像シフト素子３の間に生じるタイミングのずれ量は、従来の方式（画像シフト素子を分割しない方式）と比べ、１／３となり、ほとんど視認できない高解像度画像を得るることができる。また、画像シフト素子を分割した時に発生する分割領域をまたいだ光による２重像の発生は、原理的に発生しない。
【００８１】
本実施形態は、ＨＭＤのような接眼レンズによって画像表示素子に表示された画像の虚像を観察するシステムを有しているが、本発明は、これに限定されるわけではなく、液晶表示素子の画像を直接観察する場合に適用することも可能である、また、図１５および図１６に示すように、画像表示素子２のＲ、Ｇ、Ｂに対応した３つの画素に１つのマイクロレンズ（光制御手段）が対応させた投影型画像表示装置に適用することもできる。図１５および図１６に示す投影型画像表示装置は、単板式であり、１つの液晶パネルの光入射側に設けられたマイクロレンズアレイ２ａにより、ダイクロイックミラー（色分離光学系）で分離されたＲ、Ｇ、Ｂの光を、それぞれ、１つの画像表示装置２における対応する画素領域へ照射することができる。このような画像表示装置によれば、１枚の画像表示素子２を用いて、フルカラーの投影画像を形成することができる。
【００８２】
また、本発明は、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタを有する液晶表示素子を単純に投影するシステムにも適用可能である。
【００８３】
本実施形態では、Ｒ、Ｇ、Ｂの画素が重畳するように画素をシフトさせたが、精細度を高める目的で、画素と画素の間にシフトさせてもよく、シフト方向も上下、左右、斜めのいかなる方向にシフトさせても良い。
【００８４】
（実施形態２）
図１７は、本発明による表示装置の他の実施形態における主要部を示している。本実施形態の表示装置は３つの画像表示素子（液晶表示素子）２を備えた３板式投影型である。本実施形態では、各画像表示素子２が赤光、青光、または緑光を画像信号に合わせて変調する。各画像表示素子２から出た光は、色合成プリズム５で合成された後、画像シフト素子３でシフトされ、投影レンズ６によって投影される。
【００８５】
画像シフト素子３の基本構成は、実施形態１で用いたものと同じであるが、本実施形態では、３つの画像表示素子２の画素を図１８に示すように、位置Ａ→位置Ｂ→位置Ｃ→位置Ｄ→の順にシフトさせる。シフト位置は画素と画素との間にある。
【００８６】
本実施形態では、画素シフトのタイミングを実施形態１と同様に行う。また、本実施形態では、実施形態１と同様に、フレームレート変換回路で各シフト位置に対するフィールド信号を作成し、フレーム変速回路で垂直ブランキング期間及び水平ブランキング期間を調整することにより、原信号（フィールド信号）の１フィールド内での有効画像表示期間を１／３に短縮している。
【００８７】
本実施形態によれば、画像シフト素子３を各表示素子２の光出射側に３つ配置する必要がある。また、画像表示素子２に表示された画像の表示と画像シフト素子３による画像シフトの間に生じるタイミングのずれが、従来の方式（画像シフト素子を分割しない方式）と比べ、１／３となり、画面上下でのタイミングのずれがほとんど視認できない高解像度な画像をより安価に実現することができる。
【００８８】
なお、本実施形態では、画像表示素子２の画素を位置Ａ→位置Ｂ→位置Ｃ→位置Ｄの順にシフトさせているが、画像シフトの順序はこれに限定されず、また、シフト方向も上下、左右、斜めのいかなる方向にシフトさせても良い。
【００８９】
【発明の効果】
画像表示素子に入力する信号の１垂直期間に占める垂直画像書き込み期間の長さを原信号の１垂直期間に占める有効画像表示期間の長さよりも短縮することにより、画像表示素子における表示タイミングと画像シフト素子における画像シフトとのタイミングのずれを低減することができるため、表示品位が向上する。本発明によれば、画像シフト素子を面内で分割しないでも、分割した場合と同等のタイミングずれ低減効果が得られる。
【００９０】
また、画像シフト素子を面内で分割しなければ、画像表示素子からは離れた位置に画像シフト素子を配置できるため、例えば３板式液晶プロジェクタに本発明を適用する場合、１つの画像シフト素子を用いて画像シフトが実行可能となるため、装置の製造コストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】液晶素子および複屈折素子から構成されたシフト素子の構成を示す断面図である。
【図２】画像をシフトする領域が３つの領域Ａ〜Ｃに分割され、３つの領域Ａ〜Ｃが順番に駆動される画像シフト素子の動作を説明するための斜視図である。
【図３】図２の画像シフト素子の問題点を示す断面図である。
【図４】図２の画像シフト素子を３つ備えた投影型画像表示装置の主要な構成を示す図である。
【図５】本発明による表示装置の第１実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図６】上記実施形態で用いられるシフト素子の構成図である。
【図７】本発明の実施形態で採用するフィールドの構成例を示す図である。
【図８】本発明の実施形態におけるフィールドのシフトを示す断面図である。
【図９】本実施形態におけるシステムの構成例を示す図である。
【図１０】（ａ）は、原信号の１フィールドを示す波形図であり、（ｂ）は、原信号の１水平期間を示す波形図である。
【図１１】（ａ）は、フレーム変速回路によって有効画像書き込み期間が短縮された信号の１フィールドを示す波形図であり、（ｂ）は、上記信号の１水平期間を示す波形図である。
【図１２】本発明の実施形態で用いるフレームメモリ回路の構成例を示す図である。
【図１３】フレームメモリ回路のスイッチＡおよびＢに入力される信号を示す波形図である。
【図１４】上記実施形態で用いるシフト素子によるシフトタイミングと画像表示装置の画像書き込みタイミングとの関係を示す斜視図である。
【図１５】本発明による表示装置の更に他の構成例を示す図である。
【図１６】図１５の装置に用いられる液晶表示素子を示す断面図である。
【図１７】本発明による表示装置の他の実施形態を示す図である。
【図１８】本発明による表示装置に用いる画像シフト素子によるシフト前後の画素配列を示す平面図である。
【符号の説明】
１　　　バックライト
２　　　画像表示素子（液晶表示パネルまたは液晶素子）
３　　　画像シフト素子
４　　　観察光学系
１０　　液晶素子
１１　　液晶素子
１２　　複屈折素子
１２０　　入力信号選択回路
１２２　　映像復調回路
１２４　　Ｙ／Ｃ分離回路
１２６　　フレームレート変換回路
１２８　　フレーム変速回路
１３２　　システム制御回路
１３４　　フレームメモリ回路
１５０　第１シフト部
２００　第２シフト部
【図１】
2004021025.tif 000003
【図２】
2004021025.tif 000004
【図３】
2004021025.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004021025.tif 000007
【図６】
2004021025.tif 000008
【図７】
2004021025.tif 000009
【図８】
2004021025.tif 000010
【図９】
2004021025.tif 000011
【図１０】
2004021025.tif 000012
【図１１】
2004021025.tif 000013
【図１２】
2004021025.tif 000014
【図１３】
2004021025.tif 000015
【図１４】
2004021025.tif 000016
【図１５】
2004021025.tif 000017
【図１６】
2004021025.tif 000018
【図１７】
2004021025.tif 000019
【図１８】
2004021025.tif 000020