(57)【要約】【課題】明るく、高解像度の表示を行うことができ、小型化・軽量化および低コスト化に適した表示装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】各々が光を変調し得る複数の画素領域によって規定される表示面を有する表示パネル１０Ｇと、表示面から出射された光の光軸をシフトさせ得る光学シフト素子２０と、光学シフト素子２０から出射された光を受けるレンズ３０とを備えた表示装置である。表示面の上下方向に沿った、光学シフト素子２０の光出射側の端部の幅Ｈａ１と、表示面の左右方向に沿った、光学シフト素子２０の光出射側の端部の幅Ｈａ２とが、表示面の端部から出射する光の広がり角とレンズの画角とに応じて規定されている。【選択図】  図４
2004294482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が光を変調し得る複数の画素領域によって規定される表示面を有する表示パネルと、
前記複数の画素領域で変調されて前記表示面から出射された光の光軸をシフトさせ得る光学シフト素子と、
前記光学シフト素子から出射された光を受けるレンズとを備えた表示装置であって、
前記表示面の上端部から前記表示面の法線方向に対して前記表示面の上側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθａ１、前記表示面の下端部から前記表示面の法線方向に対して前記表示面の下側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθａ２、前記表示面の右端部から前記表示面の法線方向に対して前記表示面の右側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθａ３、前記表示面の左端部から前記表示面の法線方向に対して前記表示面の左側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθａ４、前記レンズの画角をθａ５、前記表示面の上下方向に沿った幅をＩａ１、前記表示面の左右方向に沿った幅をＩａ２、前記表示面から前記光学シフト素子の光出射側の端部までの空気換算距離をＧ、前記表示面の上下方向に沿った、前記光学シフト素子の前記光出射側の端部の幅をＨａ１、前記表示面の左右方向に沿った、前記光学シフト素子の前記光出射側の端部の幅をＨａ２とし、
前記θａ１およびθａ５のうちの小さい方の角をθａ６、前記θａ２およびθａ５のうちの小さい方の角をθａ７、前記θａ３およびθａ５のうちの小さい方の角をθａ８、前記θａ４およびθａ５のうちの小さい方の角をθａ９としたとき、
前記Ｈａ１およびＨａ２が、
Ｈａ１≧Ｉａ１＋Ｇ・（ｔａｎθａ６＋ｔａｎθａ７）      式（１）
Ｈａ２≧Ｉａ２＋Ｇ・（ｔａｎθａ８＋ｔａｎθａ９）      式（２）
の少なくとも一方の関係を満足する表示装置。
【請求項２】
前記Ｈａ１およびＨａ２が、式（１）および式（２）の両方の関係を満足する請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記θａ１およびθａ５のうちの大きい方の角をθａ１０、前記θａ２およびθａ５のうちの大きい方の角をθａ１１、前記θａ３およびθａ５のうちの大きい方の角をθａ１２、前記θａ４およびθａ５のうちの大きい方の角をθａ１３としたとき、
前記Ｈａ１およびＨａ２が、
Ｈａ１＜Ｉａ１＋Ｇ・（ｔａｎθａ１０＋ｔａｎθａ１１）      式（３）
Ｈａ２＜Ｉａ２＋Ｇ・（ｔａｎθａ１２＋ｔａｎθａ１３）      式（４）
の少なくとも一方の関係を満足する請求項１または２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記Ｈａ１およびＨａ２が、式（３）および式（４）の両方の関係を満足する請求項３に記載の表示装置。
【請求項５】
光源と、
各々が光を変調し得る複数の画素領域によって規定される表示面を有する表示パネルと、
前記光源からの光を、波長域に応じて同一平面内に含まれる異なる方向に向け、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、
前記複数の画素領域で変調されて前記表示面から出射された光の光軸をシフトさせ得る光学シフト素子と、
前記光学シフト素子から出射された光を受けるレンズとを備えた表示装置であって、
前記平面に直交する第１方向における前記表示面の一端部から前記表示面の法線方向に対して前記表示面の前記一端部側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθｂ１、前記第１方向における前記表示面の他端部から前記表示面の法線方向に対して前記表示面の前記他端部側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθｂ２、前記レンズの画角をθｂ３、前記第１方向に沿った前記表示面の幅をＩｂ１、前記平面に平行な第２方向に沿った前記表示面の幅をＩｂ２、前記表示面から前記光学シフト素子の光出射側の端部までの空気換算距離をＧ、前記第１方向に沿った、前記光学シフト素子の前記光出射側の端部の幅をＨｂ１、前記第２方向に沿った、前記光学シフト素子の前記光出射側の端部の幅をＨｂ２としたとき、
前記Ｈｂ１およびＨｂ２が、
Ｈｂ１≧Ｉｂ１＋Ｇ・（ｔａｎθｂ１＋ｔａｎθｂ２）      式（５）
Ｈｂ２≧Ｉｂ２＋２・Ｇ・ｔａｎθｂ３                  式（６）
の少なくとも一方の関係を満足する表示装置。
【請求項６】
前記Ｈｂ１およびＨｂ２が、式（５）および式（６）の両方の関係を満足する請求項５に記載の表示装置。
【請求項７】
前記第２方向における前記表示面の一端部から前記表示面の法線方向に対して前記第２方向における前記一端部側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθｂ４、前記第２方向における前記表示面の他端部から前記表示面の法線方向に対して前記第２方向における前記他端部側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθｂ５としたとき、
前記Ｈｂ１およびＨｂ２が、
Ｈｂ１＜Ｉｂ１＋２・Ｇ・ｔａｎθｂ３                  式（７）
Ｈｂ２＜Ｉｂ２＋Ｇ・（ｔａｎθｂ４＋ｔａｎθｂ５）      式（８）
の少なくとも一方の関係を満足する請求項５または６に記載の表示装置。
【請求項８】
前記Ｈｂ１およびＨｂ２が、式（７）および式（８）の両方の関係を満足する請求項７に記載の表示装置。
【請求項９】
前記表示パネルは、線走査されることによって駆動される表示パネルであり、
前記光学シフト素子は、入射した光の偏光方向を変調する少なくとも１つの偏光変調素子を有し、
前記少なくとも１つの偏光変調素子は、それぞれが独立に光の偏光方向を変調し得るＬ（Ｌは２以上の整数）個の領域を前記表示パネルの走査方向に沿って有しており、
前記Ｌ個の領域のうち前記走査方向に沿ってもっとも端側に位置する２つの領域の前記走査方向に沿った幅をａおよびｂ、前記表示面の前記走査方向に沿った幅をＩとしたとき、前記ａおよびｂが、
ａ＞Ｉ／Ｌ      式（９）
ｂ＞Ｉ／Ｌ      式（１０）
の両方の関係を満足する請求項１から８のいずれかに記載の表示装置。
【請求項１０】
前記表示パネルは、線走査されることによって駆動される表示パネルであり、
前記光学シフト素子は、入射した光の偏光方向を変調する少なくとも１つの偏光変調素子を有し、
前記少なくとも１つの偏光変調素子は、それぞれが独立に光の偏光方向を変調し得るＬ（Ｌは２以上の整数）個の領域を前記表示パネルの走査方向に沿って有しており、
前記Ｌ個の領域のうち前記走査方向に沿ってもっとも端側に位置する２つの領域の前記走査方向に沿った幅をａおよびｂ、前記表示面の前記走査方向に沿った幅をＩ、前記走査方向における前記表示面の一端部から前記表示面の法線方向に対して前記表示面の前記一端部側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθｃ１、前記走査方向における前記表示面の他端部から前記表示面の法線方向に対して前記表示面の前記他端部側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθｃ２、前記レンズの画角をθｃ３、前記θｃ１およびθｃ３のうちの小さい方の角をθｃ４、前記θｃ２およびθｃ３のうちの小さい方の角をθｃ５、前記表示面から前記光学シフト素子の光出射側の端部までの空気換算距離をＧｃとしたとき、
前記ａおよびｂが、
ａ≧Ｉ／Ｌ＋Ｇｃ・ｔａｎθｃ４      式（１１）
ｂ≧Ｉ／Ｌ＋Ｇｃ・ｔａｎθｃ５      式（１２）
の両方の関係を満足する請求項１から８のいずれかに記載の表示装置。
【請求項１１】
各々が光を変調し得る複数の画素領域によって規定される表示面を有する表示パネルと、
前記複数の画素領域で変調されて前記表示面から出射された光の光軸をシフトさせ得る光学シフト素子と、
前記光学シフト素子から出射された光を受けるレンズとを備えた表示装置であって、
前記光学シフト素子は、入射した光の偏光方向を変調する偏光変調素子と、光の偏光方向によって屈折率の異なる複屈折素子とをＮ組（Ｎは１以上の整数）有し、
前記表示面の上端部から前記表示面の法線方向に対して前記表示面の上側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθｄ１、前記表示面の下端部から前記表示面の法線方向に対して前記表示面の下側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθｄ２、前記表示面の右端部から前記表示面の法線方向に対して前記表示面の右側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθｄ３、前記表示面の左端部から前記表示面の法線方向に対して前記表示面の左側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθｄ４、前記レンズの画角をθｄ５、前記表示面の上下方向に沿った幅をＩｄ１、前記表示面の左右方向に沿った幅をＩｄ２、前記表示面から前記光学シフト素子のＭ組目（Ｍは１以上Ｎ以下の整数）の偏光変調素子および複屈折素子の光出射側の端部までの空気換算距離をＧＭ１およびＧＭ２、前記表示面の上下方向に沿った、前記Ｍ組目の偏光変調素子および複屈折素子の光出射側の端部の幅をＨｄ１およびＨｄ２、前記表示面の左右方向に沿った、前記Ｍ組目の偏光変調素子および複屈折素子の光出射側の端部の幅をＨｄ３およびＨｄ４とし、
前記θｄ１およびθｄ５のうちの小さい方の角をθｄ６、前記θｄ２およびθｄ５のうちの小さい方の角をθｄ７、前記θｄ３およびθｄ５のうちの小さい方の角をθｄ８、前記θｄ４およびθｄ５のうちの小さい方の角をθｄ９としたとき、
前記Ｈｄ１およびＨｄ３が、
Ｈｄ１≧Ｉｄ１＋ＧＭ１・（ｔａｎθｄ６＋ｔａｎθｄ７）      式（１３）
Ｈｄ３≧Ｉｄ２＋ＧＭ１・（ｔａｎθｄ８＋ｔａｎθｄ９）      式（１４）
の少なくとも一方の関係を満足し、
前記Ｈｄ２およびＨｄ４が、
Ｈｄ２≧Ｉｄ１＋ＧＭ２・（ｔａｎθｄ６＋ｔａｎθｄ７）      式（１５）
Ｈｄ４≧Ｉｄ２＋ＧＭ２・（ｔａｎθｄ８＋ｔａｎθｄ９）      式（１６）
の少なくとも一方の関係を満足する表示装置。
【請求項１２】
前記Ｈｄ１およびＨｄ３が、式（１３）および式（１４）の両方の関係を満足する請求項１１に記載の表示装置。
【請求項１３】
前記Ｈｄ２およびＨｄ４が、式（１５）および式（１６）の両方の関係を満足する請求項１１または１２に記載の表示装置。
【請求項１４】
前記θｄ１およびθｄ５のうちの大きい方の角をθｄ１０、前記θｄ２およびθｄ５のうちの大きい方の角をθｄ１１、前記θｄ３およびθｄ５のうちの大きい方の角をθｄ１２、前記θｄ４およびθｄ５のうちの大きい方の角をθｄ１３としたとき、
前記Ｈｄ１およびＨｄ３が、
Ｈｄ１＜Ｉｄ１＋ＧＭ１・（ｔａｎθｄ１０＋ｔａｎθｄ１１）      式（１７）
Ｈｄ３＜Ｉｄ２＋ＧＭ１・（ｔａｎθｄ１２＋ｔａｎθｄ１３）      式（１８）
の少なくとも一方の関係を満足する請求項１１から１３のいずれかに記載の表示装置。
【請求項１５】
前記Ｈｄ１およびＨｄ３が、式（１７）および式（１８）の両方の関係を満足する請求項１４に記載の表示装置。
【請求項１６】
前記θｄ１およびθｄ５のうちの大きい方の角をθｄ１０、前記θｄ２およびθｄ５のうちの大きい方の角をθｄ１１、前記θｄ３およびθｄ５のうちの大きい方の角をθｄ１２、前記θｄ４およびθｄ５のうちの大きい方の角をθｄ１３としたとき、前記Ｈｄ２およびＨｄ４が、
Ｈｄ２＜Ｉｄ１＋ＧＭ２・（ｔａｎθｄ１０＋ｔａｎθｄ１１）      式（１９）
Ｈｄ４＜Ｉｄ２＋ＧＭ２・（ｔａｎθｄ１２＋ｔａｎθｄ１３）      式（２０）
の少なくとも一方の関係を満足する請求項１１から１５のいずれかに記載の表示装置。
【請求項１７】
前記Ｈｄ２およびＨｄ４が、式（１９）および式（２０）の両方の関係を満足する請求項１６に記載の表示装置。
【請求項１８】
光源と、
各々が光を変調し得る複数の画素領域によって規定される表示面を有する表示パネルと、
前記光源からの光を、波長域に応じて同一平面内に含まれる異なる方向に向け、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、
前記複数の画素領域で変調されて前記表示面から出射された光の光軸をシフトさせ得る光学シフト素子と、
前記光学シフト素子から出射された光を受けるレンズとを備えた表示装置であって、
前記光学シフト素子は、入射した光の偏光方向を変調する偏光変調素子と、光の偏光方向によって屈折率の異なる複屈折素子とをＮ組（Ｎは１以上の整数）有し、
前記平面に直交する第１方向における前記表示面の一端部から前記表示面の法線方向に対して前記表示面の前記一端部側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθｅ１、前記第１方向における前記表示面の他端部から前記表示面の法線方向に対して前記表示面の前記他端部側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθｅ２、前記レンズの画角をθｅ３、前記第１方向に沿った前記表示面の幅をＩｅ１、前記平面に平行な第２方向に沿った前記表示面の幅をＩｅ２、前記表示面から前記光学シフト素子のＭ組目（Ｍは１以上Ｎ以下の整数）の偏光変調素子および複屈折素子の光出射側の端部までの空気換算距離をＧＭ１およびＧＭ２、前記第１方向に沿った、前記Ｍ組目の偏光変調素子および複屈折素子の光出射側の端部の幅をＨｅ１およびＨｅ２、前記第２方向に沿った、前記Ｍ組目の偏光変調素子および複屈折素子の光出射側の端部の幅をＨｅ３およびＨｅ４としたとき、
前記Ｈｅ１およびＨｅ３が、
Ｈｅ１≧Ｉｅ１＋ＧＭ１・（ｔａｎθｅ１＋ｔａｎθｅ２）      式（２１）
Ｈｅ３≧Ｉｅ２＋２・ＧＭ１・ｔａｎθｅ３                  式（２２）
の少なくとも一方の関係を満足し、
前記Ｈｅ２およびＨｅ４が、
Ｈｅ２≧Ｉｅ１＋ＧＭ２・（ｔａｎθｅ１＋ｔａｎθｅ２）      式（２３）
Ｈｅ４≧Ｉｅ２＋２・ＧＭ２・ｔａｎθｅ３                  式（２４）
の少なくとも一方の関係を満足する表示装置。
【請求項１９】
前記Ｈｅ１およびＨｅ３が、式（２１）および式（２２）の両方の関係を満足する請求項１８に記載の表示装置。
【請求項２０】
前記Ｈｅ２およびＨｅ４が、式（２３）および式（２４）の両方の関係を満足する請求項１８または１９に記載の表示装置。
【請求項２１】
前記第２方向における前記表示面の一端部から前記表示面の法線方向に対して前記第２方向における前記一端部側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθｅ４、前記第２方向における前記表示面の他端部から前記表示面の法線方向に対して前記第２方向における前記他端部側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθｅ５としたとき、
前記Ｈｅ１およびＨｅ３が、
Ｈｅ１＜Ｉｅ１＋２・ＧＭ１・ｔａｎθｅ３                  式（２５）
Ｈｅ３＜Ｉｅ２＋ＧＭ１・（ｔａｎθｅ４＋ｔａｎθｅ５）      式（２６）
の少なくとも一方の関係を満足する請求項１８から２０のいずれかに記載の表示装置。
【請求項２２】
前記Ｈｅ１およびＨｅ３が、式（２５）および式（２６）の両方の関係を満足する請求項２１に記載の表示装置。
【請求項２３】
前記第２方向における前記表示面の一端部から前記表示面の法線方向に対して前記第２方向における前記一端部側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθｅ４、前記第２方向における前記表示面の他端部から前記表示面の法線方向に対して前記第２方向における前記他端部側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθｅ５としたとき、
前記Ｈｅ２およびＨｅ４が、
Ｈｅ２＜Ｉｅ１＋２・ＧＭ２・ｔａｎθｅ３                  式（２７）
Ｈｅ４＜Ｉｅ２＋ＧＭ２・（ｔａｎθｅ４＋ｔａｎθｅ５）      式（２８）
の少なくとも一方の関係を満足する請求項１８から２２のいずれかに記載の表示装置。
【請求項２４】
前記Ｈｅ２およびＨｅ４が、式（２７）および式（２８）の両方の関係を満足する請求項２３に記載の表示装置。
【請求項２５】
前記表示パネルは、線走査されることによって駆動される表示パネルであり、
前記Ｍ組目の偏光変調素子は、それぞれが独立に光の偏光方向を変調し得るＬ（Ｌは２以上の整数）個の領域を前記表示パネルの走査方向に沿って有しており、
前記Ｌ個の領域のうち前記走査方向に沿ってもっとも端側に位置する２つの領域の前記走査方向に沿った幅をａおよびｂ、前記走査方向に沿った前記表示面の幅をＩとしたとき、前記ａおよびｂが、
ａ＞Ｉ／Ｌ      式（２９）
ｂ＞Ｉ／Ｌ      式（３０）
の両方の関係を満足する請求項１８から２４のいずれかに記載の表示装置。
【請求項２６】
前記表示パネルは、線走査されることによって駆動される表示パネルであり、
前記Ｍ組目の偏光変調素子は、前記Ｍ組目の偏光変調素子は、それぞれが独立に光の偏光方向を変調し得るＬ（Ｌは２以上の整数）個の領域を前記表示パネルの走査方向に沿って有しており、
前記Ｌ個の領域のうち前記走査方向に沿ってもっとも端側に位置する２つの領域の前記走査方向に沿った幅をａおよびｂ、前記走査方向に沿った前記表示面の幅をＩ、前記走査方向における前記表示面の一端部から前記表示面の法線方向に対して前記表示面の前記一端部側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθｆ１、前記走査方向における前記表示面の他端部から前記表示面の法線方向に対して前記表示面の前記他端部側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθｆ２、前記レンズの画角をθｆ３、前記θｆ１およびθｆ３のうちの小さい方の角をθｆ４、前記θｆ２およびθｆ３のうちの小さい方の角をθｆ５、前記表示面から前記Ｍ組目の偏光変調素子の光出射側の端部までの空気換算距離をＧｆとしたとき、
前記ａおよびｂが、
ａ≧Ｉ／Ｌ＋Ｇｆ・ｔａｎθｆ４      式（３１）
ｂ≧Ｉ／Ｌ＋Ｇｆ・ｔａｎθｆ５      式（３２）
の両方の関係を満足する請求項１８から２４のいずれかに記載の表示装置。
【請求項２７】
表示面を有する表示パネルと、前記表示面から出射された光の光軸をシフトさせ得る光学シフト素子と、前記光学シフト素子から出射された光を受けるレンズとを備えた表示装置の製造方法であって、
表示面を有する表示パネルとレンズとを用意する工程と、
前記表示パネルの前記表示面の端部から出射する光の広がり角と前記レンズの画角とに応じて光学シフト素子のサイズを決定する工程と、
前記サイズを決定する工程において決定されたサイズを有する光学シフト素子を用意する工程と、
前記表示パネル、前記レンズおよび前記光学シフト素子を用いて表示装置を組み立てる工程と、
を包含する表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示装置およびその製造方法に関し、特に、画像をシフトさせる光学シフト素子を備えた表示装置およびその製造方法に関する。
【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持された液晶層と、マトリクス状に配列された複数の画素電極とを備えており、画像信号に対応した駆動電圧が各画素電極に印加されて液晶層の光学特性が変化することによって、画像や文字などを表示する。
【０００３】
各画素電極に独立に駆動電圧を印加する方式としては、「単純マトリクス方式」と、「アクティブマトリクス方式」とが挙げられる。
【０００４】
アクティブマトリクス方式では、各画素電極に対応したスイッチング素子と、スイッチング素子に信号を供給する配線群とが基板上に設けられる。スイッチング素子としては、非線形の２端子素子や３端子素子が好適に用いられ、具体的には、ＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）素子やＴＦＴ（薄膜トランジスタ）素子などが好適に用いられる。
【０００５】
スイッチング素子は、オフ状態（非導通状態）において高い素子抵抗を示すことが好ましいが、オフ状態のスイッチング素子に強い光が入射すると、その素子抵抗が低下してしまう。そのため、オン状態（導通状態）において画素電極に蓄積された電荷が放電されてしまうという問題が生じる。また、画素電極に正規の駆動電圧が印加されず、本来の表示動作が行われないので、黒表示状態においても光漏れが発生し、コントラスト比が低下してしまうという問題も生じる。
【０００６】
透過型の液晶表示素子においては、このような問題を解決するために、スイッチング素子が形成された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に液晶層を介して対向する対向基板上に、ブラックマトリクスと呼ばれる遮光層が配置される。しかしながら、一般に遮光性の材料を用いて形成されるスイッチング素子および配線に加えてブラックマトリクスが存在することにより、画素内で光の透過する領域が占める割合、すなわち開口率が低下してしまう。
【０００７】
このような開口率の低下は、ＨＭＤ（ヘッド・マウント・ディスプレイ）や液晶プロジェクタに使用されるような小型で高精細の液晶表示素子において特に顕著である。スイッチング素子や配線は、電気的な特性や製造技術等の制約から、ある程度以下の大きさで形成することは困難であり、小型・高精細の液晶表示素子においては、基板上でスイッチング素子や配線が占める割合が高くなってしまうからである。また、液晶表示素子は、高精細になるほどコストが高くなるという問題も有している。
【０００８】
ブラックマトリクス上の非表示面を利用して高精細化をはかる目的で、特許文献１は、光学シフト素子を用いてブラックマトリクス上に画素を光学的にシフトさせる技術を開示している。この技術によれば、画素のシフトに同期させ、シフトした画素位置に対応した画像が表示されるので、見かけ上の画素数が増える。その結果、解像度の低い表示素子を用いても、高精細の表示素子を用いたのと同様の表示が可能になる。
【０００９】
また、特許文献２は、赤、緑、青の各画素を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。この方式によれば、１つの画素に対応した領域において赤、緑、青の各画素が時分割で表示されるので、見かけ上の解像度が３倍に向上する。
【００１０】
上記特許文献２には、画素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光学シフト素子が開示されている。
【００１１】
図２３に従来の光学シフト素子８００を模式的に示す。光学シフト素子８００は、光の伝搬方向に沿って直列的に配列された液晶素子８２２と複屈折素子８２４とを備えている。
【００１２】
図２３では、液晶素子８２２に入射する光が紙面に垂直な方向に偏光している場合を示している。液晶素子８２２の液晶層に電圧を印加していない状態（オフ状態）では、液晶素子８２２に入射した光の偏光方向は、液晶層によって９０°回転させられる。これに対し、液晶素子８２２の液晶層に適切なレベル電圧を印加している状態（オン状態）では、光の偏光方向は、光が液晶素子８２２を通過する過程で回転しない。
【００１３】
複屈折素子８２４は、光の偏光方向によって異なる屈折率を有しており、偏光方向が紙面に平行な光の光軸をシフトさせる一方、偏光方向が紙面に垂直な光の光軸はシフトさせない。
【００１４】
光学シフト素子８００は、液晶素子８２２のオン状態とオフ状態とを切り替えることによって複屈折素子８２４に入射する光の偏光方向を制御し、それによって光軸のシフトを調整することができる。
【００１５】
【特許文献１】
米国特許第４９８４０９１号明細書
【特許文献２】
米国特許第６０６１１０３号明細書
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特許文献１および２に開示されている方式ではいずれも光学シフト素子を用いるが、この光学シフト素子のサイズが大きいと、表示装置の大型化や重量化を招いてしまう。特に、ＨＭＤなどではこの問題は深刻となる。また、特許文献２に開示されているような複屈折素子を備えた光学シフト素子では、複屈折素子の材料として、水晶やニオブ酸リチウム等の高価な材料が一般的に用いられるので、光学シフト素子のサイズが大きくなると、製造コストが高くなってしまうという問題もある。
【００１７】
上述したように、小型化や軽量化あるいは低コスト化といった観点からは、光学シフト素子のサイズはできるだけ小さいことが好ましいが、光学シフト素子のサイズをいたずらに小さくすると、画像のシフトを好適に行えなかったり、光の利用効率が低下したりしてしまい、表示装置の表示に支障をきたしてしまう。表示に支障をきたさない光学シフト素子のサイズ、すなわち、光学シフト素子の必要最小限なサイズについての詳細な検討はいまだなされていない。
【００１８】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、明るく、高解像度の表示を行うことができ、小型化・軽量化および低コスト化に適した表示装置およびその製造方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の表示装置は、各々が光を変調し得る複数の画素領域によって規定される表示面を有する表示パネルと、前記複数の画素領域で変調されて前記表示面から出射された光の光軸をシフトさせ得る光学シフト素子と、前記光学シフト素子から出射された光を受けるレンズとを備えた表示装置であって、前記表示面の上端部から前記表示面の法線方向に対して前記表示面の上側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθａ１、前記表示面の下端部から前記表示面の法線方向に対して前記表示面の下側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθａ２、前記表示面の右端部から前記表示面の法線方向に対して前記表示面の右側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθａ３、前記表示面の左端部から前記表示面の法線方向に対して前記表示面の左側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθａ４、前記レンズの画角をθａ５、前記表示面の上下方向に沿った幅をＩａ１、前記表示面の左右方向に沿った幅をＩａ２、前記表示面から前記光学シフト素子の光出射側の端部までの空気換算距離をＧ、前記表示面の上下方向に沿った、前記光学シフト素子の前記光出射側の端部の幅をＨａ１、前記表示面の左右方向に沿った、前記光学シフト素子の前記光出射側の端部の幅をＨａ２とし、前記θａ１およびθａ５のうちの小さい方の角をθａ６、前記θａ２およびθａ５のうちの小さい方の角をθａ７、前記θａ３およびθａ５のうちの小さい方の角をθａ８、前記θａ４およびθａ５のうちの小さい方の角をθａ９としたとき、前記Ｈａ１およびＨａ２が、
Ｈａ１≧Ｉａ１＋Ｇ・（ｔａｎθａ６＋ｔａｎθａ７）      式（１）
Ｈａ２≧Ｉａ２＋Ｇ・（ｔａｎθａ８＋ｔａｎθａ９）      式（２）
の少なくとも一方の関係を満足し、そのことによって上記目的が達成される。
【００２０】
前記Ｈａ１およびＨａ２が、式（１）および式（２）の両方の関係を満足することが好ましい。
【００２１】
前記θａ１およびθａ５のうちの大きい方の角をθａ１０、前記θａ２およびθａ５のうちの大きい方の角をθａ１１、前記θａ３およびθａ５のうちの大きい方の角をθａ１２、前記θａ４およびθａ５のうちの大きい方の角をθａ１３としたとき、前記Ｈａ１およびＨａ２が、
Ｈａ１＜Ｉａ１＋Ｇ・（ｔａｎθａ１０＋ｔａｎθａ１１）      式（３）
Ｈａ２＜Ｉａ２＋Ｇ・（ｔａｎθａ１２＋ｔａｎθａ１３）      式（４）
の少なくとも一方の関係を満足することが好ましく、前記Ｈａ１およびＨａ２が、式（３）および式（４）の両方の関係を満足することがさらに好ましい。
【００２２】
本発明による第２の表示装置は、光源と、各々が光を変調し得る複数の画素領域によって規定される表示面を有する表示パネルと、前記光源からの光を、波長域に応じて同一平面内に含まれる異なる方向に向け、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、前記複数の画素領域で変調されて前記表示面から出射された光の光軸をシフトさせ得る光学シフト素子と、前記光学シフト素子から出射された光を受けるレンズとを備えた表示装置であって、前記平面に直交する第１方向における前記表示面の一端部から前記表示面の法線方向に対して前記表示面の前記一端部側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθｂ１、前記第１方向における前記表示面の他端部から前記表示面の法線方向に対して前記表示面の前記他端部側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθｂ２、前記レンズの画角をθｂ３、前記第１方向に沿った前記表示面の幅をＩｂ１、前記平面に平行な第２方向に沿った前記表示面の幅をＩｂ２、前記表示面から前記光学シフト素子の光出射側の端部までの空気換算距離をＧ、前記第１方向に沿った、前記光学シフト素子の前記光出射側の端部の幅をＨｂ１、前記第２方向に沿った、前記光学シフト素子の前記光出射側の端部の幅をＨｂ２としたとき、前記Ｈｂ１およびＨｂ２が、
Ｈｂ１≧Ｉｂ１＋Ｇ・（ｔａｎθｂ１＋ｔａｎθｂ２）      式（５）
Ｈｂ２≧Ｉｂ２＋２・Ｇ・ｔａｎθｂ３                  式（６）
の少なくとも一方の関係を満足し、そのことによって上記目的が達成される。
【００２３】
前記Ｈｂ１およびＨｂ２が、式（５）および式（６）の両方の関係を満足することが好ましい。
【００２４】
前記第２方向における前記表示面の一端部から前記表示面の法線方向に対して前記第２方向における前記一端部側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθｂ４、前記第２方向における前記表示面の他端部から前記表示面の法線方向に対して前記第２方向における前記他端部側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθｂ５としたとき、前記Ｈｂ１およびＨｂ２が、
Ｈｂ１＜Ｉｂ１＋２・Ｇ・ｔａｎθｂ３                  式（７）
Ｈｂ２＜Ｉｂ２＋Ｇ・（ｔａｎθｂ４＋ｔａｎθｂ５）      式（８）
の少なくとも一方の関係を満足することが好ましく、前記Ｈｂ１およびＨｂ２が、式（７）および式（８）の両方の関係を満足することがさらに好ましい。
【００２５】
ある好適な実施形態において、前記表示パネルは、線走査されることによって駆動される表示パネルであり、前記光学シフト素子は、入射した光の偏光方向を変調する少なくとも１つの偏光変調素子を有し、前記少なくとも１つの偏光変調素子は、それぞれが独立に光の偏光方向を変調し得るＬ（Ｌは２以上の整数）個の領域を前記表示パネルの走査方向に沿って有しており、前記Ｌ個の領域のうち前記走査方向に沿ってもっとも端側に位置する２つの領域の前記走査方向に沿った幅をａおよびｂ、前記表示面の前記走査方向に沿った幅をＩとしたとき、前記ａおよびｂが、
ａ＞Ｉ／Ｌ      式（９）
ｂ＞Ｉ／Ｌ      式（１０）
の両方の関係を満足している。
【００２６】
ある好適な実施形態において、前記表示パネルは、線走査されることによって駆動される表示パネルであり、前記光学シフト素子は、入射した光の偏光方向を変調する少なくとも１つの偏光変調素子を有し、前記少なくとも１つの偏光変調素子は、それぞれが独立に光の偏光方向を変調し得るＬ（Ｌは２以上の整数）個の領域を前記表示パネルの走査方向に沿って有しており、前記Ｌ個の領域のうち前記走査方向に沿ってもっとも端側に位置する２つの領域の前記走査方向に沿った幅をａおよびｂ、前記表示面の前記走査方向に沿った幅をＩ、前記走査方向における前記表示面の一端部から前記表示面の法線方向に対して前記表示面の前記一端部側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθｃ１、前記走査方向における前記表示面の他端部から前記表示面の法線方向に対して前記表示面の前記他端部側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθｃ２、前記レンズの画角をθｃ３、前記θｃ１およびθｃ３のうちの小さい方の角をθｃ４、前記θｃ２およびθｃ３のうちの小さい方の角をθｃ５、前記表示面から前記光学シフト素子の光出射側の端部までの空気換算距離をＧｃとしたとき、前記ａおよびｂが、
ａ≧Ｉ／Ｌ＋Ｇｃ・ｔａｎθｃ４      式（１１）
ｂ≧Ｉ／Ｌ＋Ｇｃ・ｔａｎθｃ５      式（１２）
の両方の関係を満足している。
【００２７】
本発明による第３の表示装置は、各々が光を変調し得る複数の画素領域によって規定される表示面を有する表示パネルと、前記複数の画素領域で変調されて前記表示面から出射された光の光軸をシフトさせ得る光学シフト素子と、
前記光学シフト素子から出射された光を受けるレンズとを備えた表示装置であって、前記光学シフト素子は、入射した光の偏光方向を変調する偏光変調素子と、光の偏光方向によって屈折率の異なる複屈折素子とをＮ組（Ｎは１以上の整数）有し、前記表示面の上端部から前記表示面の法線方向に対して前記表示面の上側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθｄ１、前記表示面の下端部から前記表示面の法線方向に対して前記表示面の下側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθｄ２、前記表示面の右端部から前記表示面の法線方向に対して前記表示面の右側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθｄ３、前記表示面の左端部から前記表示面の法線方向に対して前記表示面の左側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθｄ４、前記レンズの画角をθｄ５、前記表示面の上下方向に沿った幅をＩｄ１、前記表示面の左右方向に沿った幅をＩｄ２、前記表示面から前記光学シフト素子のＭ組目（Ｍは１以上Ｎ以下の整数）の偏光変調素子および複屈折素子の光出射側の端部までの空気換算距離をＧＭ１およびＧＭ２、前記表示面の上下方向に沿った、前記Ｍ組目の偏光変調素子および複屈折素子の光出射側の端部の幅をＨｄ１およびＨｄ２、前記表示面の左右方向に沿った、前記Ｍ組目の偏光変調素子および複屈折素子の光出射側の端部の幅をＨｄ３およびＨｄ４とし、前記θｄ１およびθｄ５のうちの小さい方の角をθｄ６、前記θｄ２およびθｄ５のうちの小さい方の角をθｄ７、前記θｄ３およびθｄ５のうちの小さい方の角をθｄ８、前記θｄ４およびθｄ５のうちの小さい方の角をθｄ９としたとき、前記Ｈｄ１およびＨｄ３が、
Ｈｄ１≧Ｉｄ１＋ＧＭ１・（ｔａｎθｄ６＋ｔａｎθｄ７）      式（１３）
Ｈｄ３≧Ｉｄ２＋ＧＭ１・（ｔａｎθｄ８＋ｔａｎθｄ９）      式（１４）
の少なくとも一方の関係を満足し、前記Ｈｄ２およびＨｄ４が、
Ｈｄ２≧Ｉｄ１＋ＧＭ２・（ｔａｎθｄ６＋ｔａｎθｄ７）      式（１５）
Ｈｄ４≧Ｉｄ２＋ＧＭ２・（ｔａｎθｄ８＋ｔａｎθｄ９）      式（１６）
の少なくとも一方の関係を満足し、そのことによって上記目的が達成される。
【００２８】
前記Ｈｄ１およびＨｄ３が、式（１３）および式（１４）の両方の関係を満足することが好ましい。
【００２９】
前記Ｈｄ２およびＨｄ４が、式（１５）および式（１６）の両方の関係を満足することが好ましい。
【００３０】
前記θｄ１およびθｄ５のうちの大きい方の角をθｄ１０、前記θｄ２およびθｄ５のうちの大きい方の角をθｄ１１、前記θｄ３およびθｄ５のうちの大きい方の角をθｄ１２、前記θｄ４およびθｄ５のうちの大きい方の角をθｄ１３としたとき、前記Ｈｄ１およびＨｄ３が、
Ｈｄ１＜Ｉｄ１＋ＧＭ１・（ｔａｎθｄ１０＋ｔａｎθｄ１１）      式（１７）
Ｈｄ３＜Ｉｄ２＋ＧＭ１・（ｔａｎθｄ１２＋ｔａｎθｄ１３）      式（１８）
の少なくとも一方の関係を満足することが好ましく、前記Ｈｄ１およびＨｄ３が、式（１７）および式（１８）の両方の関係を満足することがさらに好ましい。
【００３１】
前記θｄ１およびθｄ５のうちの大きい方の角をθｄ１０、前記θｄ２およびθｄ５のうちの大きい方の角をθｄ１１、前記θｄ３およびθｄ５のうちの大きい方の角をθｄ１２、前記θｄ４およびθｄ５のうちの大きい方の角をθｄ１３としたとき、前記Ｈｄ２およびＨｄ４が、
Ｈｄ２＜Ｉｄ１＋ＧＭ２・（ｔａｎθｄ１０＋ｔａｎθｄ１１）      式（１９）
Ｈｄ４＜Ｉｄ２＋ＧＭ２・（ｔａｎθｄ１２＋ｔａｎθｄ１３）      式（２０）
の少なくとも一方の関係を満足することが好ましく、前記Ｈｄ２およびＨｄ４が、式（１９）および式（２０）の両方の関係を満足することがさらに好ましい。
【００３２】
本発明による第４の表示装置は、光源と、各々が光を変調し得る複数の画素領域によって規定される表示面を有する表示パネルと、前記光源からの光を、波長域に応じて同一平面内に含まれる異なる方向に向け、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、前記複数の画素領域で変調されて前記表示面から出射された光の光軸をシフトさせ得る光学シフト素子と、前記光学シフト素子から出射された光を受けるレンズとを備えた表示装置であって、前記光学シフト素子は、入射した光の偏光方向を変調する偏光変調素子と、光の偏光方向によって屈折率の異なる複屈折素子とをＮ組（Ｎは１以上の整数）有し、前記平面に直交する第１方向における前記表示面の一端部から前記表示面の法線方向に対して前記表示面の前記一端部側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθｅ１、前記第１方向における前記表示面の他端部から前記表示面の法線方向に対して前記表示面の前記他端部側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθｅ２、前記レンズの画角をθｅ３、前記第１方向に沿った前記表示面の幅をＩｅ１、前記平面に平行な第２方向に沿った前記表示面の幅をＩｅ２、前記表示面から前記光学シフト素子のＭ組目（Ｍは１以上Ｎ以下の整数）の偏光変調素子および複屈折素子の光出射側の端部までの空気換算距離をＧＭ１およびＧＭ２、前記第１方向に沿った、前記Ｍ組目の偏光変調素子および複屈折素子の光出射側の端部の幅をＨｅ１およびＨｅ２、前記第２方向に沿った、前記Ｍ組目の偏光変調素子および複屈折素子の光出射側の端部の幅をＨｅ３およびＨｅ４としたとき、前記Ｈｅ１およびＨｅ３が、
Ｈｅ１≧Ｉｅ１＋ＧＭ１・（ｔａｎθｅ１＋ｔａｎθｅ２）      式（２１）
Ｈｅ３≧Ｉｅ２＋２・ＧＭ１・ｔａｎθｅ３                  式（２２）
の少なくとも一方の関係を満足し、前記Ｈｅ２およびＨｅ４が、
Ｈｅ２≧Ｉｅ１＋ＧＭ２・（ｔａｎθｅ１＋ｔａｎθｅ２）      式（２３）
Ｈｅ４≧Ｉｅ２＋２・ＧＭ２・ｔａｎθｅ３                  式（２４）
の少なくとも一方の関係を満足し、そのことによって上記目的が達成される。
【００３３】
前記Ｈｅ１およびＨｅ３が、式（２１）および式（２２）の両方の関係を満足することが好ましい。
【００３４】
前記Ｈｅ２およびＨｅ４が、式（２３）および式（２４）の両方の関係を満足することが好ましい。
【００３５】
前記第２方向における前記表示面の一端部から前記表示面の法線方向に対して前記第２方向における前記一端部側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθｅ４、前記第２方向における前記表示面の他端部から前記表示面の法線方向に対して前記第２方向における前記他端部側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθｅ５としたとき、前記Ｈｅ１およびＨｅ３が、
Ｈｅ１＜Ｉｅ１＋２・ＧＭ１・ｔａｎθｅ３                  式（２５）
Ｈｅ３＜Ｉｅ２＋ＧＭ１・（ｔａｎθｅ４＋ｔａｎθｅ５）      式（２６）
の少なくとも一方の関係を満足することが好ましく、前記Ｈｅ１およびＨｅ３が、式（２５）および式（２６）の両方の関係を満足することがさらに好ましい。
【００３６】
また、前記第２方向における前記表示面の一端部から前記表示面の法線方向に対して前記第２方向における前記一端部側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθｅ４、前記第２方向における前記表示面の他端部から前記表示面の法線方向に対して前記第２方向における前記他端部側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθｅ５としたとき、前記Ｈｅ２およびＨｅ４が、
Ｈｅ２＜Ｉｅ１＋２・ＧＭ２・ｔａｎθｅ３                  式（２７）
Ｈｅ４＜Ｉｅ２＋ＧＭ２・（ｔａｎθｅ４＋ｔａｎθｅ５）      式（２８）
の少なくとも一方の関係を満足することが好ましく、前記Ｈｅ２およびＨｅ４が、式（２７）および式（２８）の両方の関係を満足することがさらに好ましい。
【００３７】
ある好適な実施形態において、前記表示パネルは、線走査されることによって駆動される表示パネルであり、前記Ｍ組目の偏光変調素子は、それぞれが独立に光の偏光方向を変調し得るＬ（Ｌは２以上の整数）個の領域を前記表示パネルの走査方向に沿って有しており、前記Ｌ個の領域のうち前記走査方向に沿ってもっとも端側に位置する２つの領域の前記走査方向に沿った幅をａおよびｂ、前記走査方向に沿った前記表示面の幅をＩとしたとき、前記ａおよびｂが、
ａ＞Ｉ／Ｌ      式（２９）
ｂ＞Ｉ／Ｌ      式（３０）
の両方の関係を満足している。
【００３８】
ある好適な実施形態において、前記表示パネルは、線走査されることによって駆動される表示パネルであり、前記Ｍ組目の偏光変調素子は、前記Ｍ組目の偏光変調素子は、それぞれが独立に光の偏光方向を変調し得るＬ（Ｌは２以上の整数）個の領域を前記表示パネルの走査方向に沿って有しており、前記Ｌ個の領域のうち前記走査方向に沿ってもっとも端側に位置する２つの領域の前記走査方向に沿った幅をａおよびｂ、前記走査方向に沿った前記表示面の幅をＩ、前記走査方向における前記表示面の一端部から前記表示面の法線方向に対して前記表示面の前記一端部側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθｆ１、前記走査方向における前記表示面の他端部から前記表示面の法線方向に対して前記表示面の前記他端部側に傾いた方向に出射する光と前記表示面の法線方向とがなす最大の角をθｆ２、前記レンズの画角をθｆ３、前記θｆ１およびθｆ３のうちの小さい方の角をθｆ４、前記θｆ２およびθｆ３のうちの小さい方の角をθｆ５、前記表示面から前記Ｍ組目の偏光変調素子の光出射側の端部までの空気換算距離をＧｆとしたとき、前記ａおよびｂが、
ａ≧Ｉ／Ｌ＋Ｇｆ・ｔａｎθｆ４      式（３１）
ｂ≧Ｉ／Ｌ＋Ｇｆ・ｔａｎθｆ５      式（３２）
の両方の関係を満足している。
【００３９】
本発明による表示装置の製造方法は、表示面を有する表示パネルと、前記表示面から出射された光の光軸をシフトさせ得る光学シフト素子と、前記光学シフト素子から出射された光を受けるレンズとを備えた表示装置の製造方法であって、表示面を有する表示パネルとレンズとを用意する工程と、前記表示パネルの前記表示面の端部から出射する光の広がり角と、前記レンズの画角とに応じて光学シフト素子のサイズを決定する工程と、前記サイズを決定する工程において決定されたサイズを有する光学シフト素子を用意する工程と、前記表示パネル、前記レンズおよび前記光学シフト素子を用いて表示装置を組み立てる工程と、を包含し、そのことによって上記目的が達成される。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００４１】
（実施形態１）
本発明による表示装置の第１の実施形態を説明する。図１は、本実施形態における表示装置１００を模式的に示している。表示装置１００は、いわゆる３板式の投影型画像表示装置である。
【００４２】
表示装置１００は、図１に示すように、それぞれ赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光を変調する表示パネル１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂと、表示パネル１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂで変調された光を合成する色合成素子（例えばダイクロイックプリズム）８と、色合成素子８から出射した光をスクリーンなどの被投影面上に投射する投影レンズ３０とを備えている。
【００４３】
表示パネル１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂは、各々が光を変調することができる複数の画素領域を有しており、典型的にはマトリクス状に配列されたこれら複数の画素領域によって表示面が規定される。表示パネル１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂは、本実施形態では、一対の基板とこれらの間に挟持された液晶層とを有する透過型の液晶表示パネルである。表示パネル１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂのそれぞれに対応した色光を入射させるには、例えば、光源から出射された白色光を、ダイクロイックミラーを含む光学系でＲ、Ｇ、Ｂの色光に分離すればよい。
【００４４】
表示装置１００は、さらに、表示パネル１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂから出射した光の光軸をシフトさせ得る光学シフト素子２０を備えている。光学シフト素子２０は、表示パネル１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂから出射した光が投影レンズ３０に到達するまでの光路上に設けられている。本実施形態では、光学シフト素子２０は、色合成素子８と投影レンズ３０との間に設けられている。
【００４５】
この光学シフト素子２０は、ここでは、図２に示すように、入射した光の光軸をシフトさせ得る光学シフト部２１を２つ備えている。それぞれの光学シフト部２１は、入射した光の偏光方向を変調する偏光変調素子２２と、光の偏光方向によって屈折率の異なる複屈折素子２４とを備えている。
【００４６】
本実施形態における偏光変調素子２２は、液晶層および液晶層に電圧を印加する一対の電極を含む液晶セルから形成された液晶素子である。液晶素子２２は、液晶層に印加された電圧に応じて光の偏光方向を変調する。液晶素子２２は、例えば、ＴＮモードの液晶素子であり、液晶層に電圧が印加されていない場合に光の偏光方向を９０°回転させ、液晶層に適切なレベル電圧が印加されている場合に光の偏光方向を回転させないように設計されている。
【００４７】
複屈折素子２４は、入射光の偏光方向によって異なる屈折率を示す複屈折材料（例えば水晶）から形成されており、その光入射面に対して傾斜した光学軸を有している。このため、光の進行方向と光学軸とを含む平面（「主断面」と称される。）に対して平行な偏光面を有する光が複屈折素子２４に入射すると、光は光学軸を含む面内で屈折し、光軸に対して垂直方向にシフトする。一方、主断面に対して偏光面が垂直な光が複屈折素子２４に入射すると、光は屈折せず、光のシフトも生じない。
【００４８】
このように、液晶素子２２の液晶層に電圧を印加するか否かによって、複屈折素子２４に入射する光の偏光方向を制御し、また、偏光方向の異なる光を複屈折素子２４に入射させることにより、複屈折素子２４から出射する光のシフトを調節することができる。
【００４９】
本実施形態では、光学シフト素子２０が備える２つの光学シフト部２１は、色合成素子８からの光の光路上に直列的に配置されており、一方が光の光軸を垂直方向にシフトさせるように配置され、他方が光の光軸を水平方向にシフトさせるように配置されている。そのため、光学シフト素子２０は、本来図３（ａ）に示す位置Ａに表示されるべき画素を、図３（ｂ）に示すように、Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ａ・・・と異なる４つの位置にシフトさせることができる。その結果、見かけ上の画素数が４倍となり、明るく、解像度の高い表示が可能になる。
【００５０】
なお、ここでは、光学シフト素子２０が２つの光学シフト部２１を有する場合について説明したが、光学シフト素子２０の構成はここで例示したものに限定されない。図３（ｂ）において、Ａ→Ｂ→Ａ・・・と２つの異なる位置にシフトさせる場合には、光学シフト部２１は１つでもよい。
【００５１】
上述したように、光学シフト素子２０は、光学的には、表示パネル１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂと投影レンズ３０との間に配置される。本願発明者は、表示パネル１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂから出射される光の特性と、光学シフト素子２０から出射された光を受けるレンズ３０の光学的な特性とに着目して詳細な検討を重ねた結果、光学シフト素子２０のサイズに関する知見を見出した。以下、Ｇ（緑）光を変調する表示パネル１０Ｇを例として、この知見をより詳しく説明する。
【００５２】
図４に示すように、表示パネル１０Ｇの画素領域で変調されて表示面Ｐから出射する光（図中に破線で示されている）は、完全な平行光ではなく、ある程度の広がり角を持った拡散光として出射する。
【００５３】
このように、表示面Ｐから出射される光は、表示面Ｐの法線方向に対して表示面の外側に傾いた方向に出射する光を含んでいる。そのため、表示光を有効に利用する観点から、光学シフト素子２０は、このような光をもシフトできるように設計されることが好ましく、表示面Ｐの端部から出射される拡散光をシフトできるように設計されることが好ましい。
【００５４】
ここで、図４および図５に示すように、表示面Ｐの上端部から表示面Ｐの法線方向に対して表示面Ｐの上側に傾いた方向に出射する光と表示面Ｐの法線方向とがなす最大の角をθａ１、表示面Ｐの下端部から表示面Ｐの法線方向に対して表示面Ｐの下側に傾いた方向に出射する光と前記表示面Ｐの法線方向とがなす最大の角をθａ２、表示面Ｐの上下方向に沿った幅をＩａ１とする。
【００５５】
さらに、表示面Ｐから光学シフト素子２０の光出射側の端部までの距離Ｇ´の空気換算距離をＧとすると、表示面Ｐの上下方向に沿った、光学シフト素子２０の光出射側の端部の幅Ｈａ１が、下式（Ａ）の関係を満足していることによって、表示面Ｐの上端部および下端部から出射する拡散光を光学シフト素子２０でシフトさせることができる。
Ｈａ１≧Ｉａ１＋Ｇ・（ｔａｎθａ１＋ｔａｎθａ２）・・・・・・（Ａ）
【００５６】
なお、空気換算距離（空気換算光路長とも呼ぶ。）は、光が通過する媒体の幾何学的な厚さｔをその屈折率ｎで割った値（ｔ／ｎ）である。また、本願明細書において光学シフト素子２０の端部の「幅」は、特にことわらない限り、光をシフトする機能を光学的に担う部分の幅（「有効幅」ともよぶ。）であり、必ずしも光学シフト素子２０の実際の幅と一致しない。
【００５７】
同様に、図４および図６に示すように、表示面Ｐの右端部から表示面Ｐの法線方向に対して表示面Ｐの右側に傾いた方向に出射する光と表示面Ｐの法線方向とがなす最大の角をθａ３、表示面Ｐの左端部から表示面Ｐの法線方向に対して表示面Ｐの左側に傾いた方向に出射する光と表示面Ｐの法線方向とがなす最大の角をθａ４、表示面Ｐの左右方向に沿った幅をＩａ２としたとき、表示面Ｐの左右方向に沿った、光学シフト素子２０の光出射側の端部の幅Ｈａ２が、下式（Ｂ）の関係を満足していると、表示面Ｐの右端部および左端部から出射する拡散光を光学シフト素子２０でシフトさせることができる。
Ｈａ２≧Ｉａ２＋Ｇ・（ｔａｎθａ３＋ｔａｎθａ４）・・・・・・（Ｂ）
【００５８】
なお、上述した角θａ１、θａ２、θａ３およびθａ４（以下では、これらの角を、表示面Ｐの端部から出射する光の「広がり角」ともよぶ。）は、スネルの法則に基づく光線追跡の結果によって決定することができる。また、本願明細書において、表示面Ｐの「上端部」、「下端部」、「右端部」、「左端部」および「上側」、「下側」、「右側」、「左側」という表現を用いるが、これらは便宜的な呼称にすぎない。表示面のいずれの端部を「上端部」と規定しても差し支えない。
【００５９】
式（Ａ）および式（Ｂ）を満足させるということは、言い換えれば、光学シフト素子２０の幅Ｈａ１、Ｈａ２を、表示面Ｐの幅Ｉａ１、Ｉａ２よりも、表示面Ｐの端部から出射する拡散光をシフトさせるに足りうる分（Ｇ・（ｔａｎθａ１＋ｔａｎθａ２）、Ｇ・（ｔａｎθａ３＋ｔａｎθａ４））だけあるいはそれ以上に長くするということである。
【００６０】
ところが、表示面Ｐの端部から出射する光の広がり角θａ１、θａ２、θａ３およびθａ４のみを考慮して、すなわち、式（Ａ）および（Ｂ）に基づいて光学シフト素子２０の設計を行うと、光学シフト素子２０のサイズが必要以上に大きくなることがある。この理由は、光学シフト素子２０から出射された光を受ける投影レンズ３０が、所定の角度範囲以外からの入射光を投影することができないからである。つまり、たとえ、表示面Ｐの端部から出射される光をすべてシフトできるように光学シフト素子２０が設計されていたとしても、必ずしも光学シフト素子２０から出射された光のすべてが投影レンズ３０によって投影されるわけではないからである。一般に、レンズが画像を写し込むことができる角度範囲は「画角」と称され、投影レンズ３０が投影できる入射角の範囲も「画角」と称される。
【００６１】
投影レンズ３０の画角をθａ５とするとき、光学シフト素子２０から出射された光のすべてが投影レンズ３０によって投影されるかどうかは、投影レンズ３０の画角θａ５と、表示面Ｐの端部から出射する光の広がり角θａ１、θａ２、θａ３およびθａ４との大小関係によって決まる。
【００６２】
図７に示すように、表示面Ｐの上端部から出射する光の広がり角θａ１が投影レンズ３０の画角θａ５よりも小さい（θａ１＜θａ５）ときには、表示面Ｐの上端部から出射される光のすべてが、投影レンズ３０に画角θａ５の範囲内の角度で入射する。
【００６３】
一方、図８に示すように、表示面Ｐの上端部から出射する光の広がり角θａ１が投影レンズ３０の画角θａ５よりも大きい（θａ１＞θａ５）ときには、表示面Ｐの上端部から出射される光のうち、図中にθＵ（＝θａ１−θａ５）で示す角度範囲で出射した光は、投影レンズ３０に画角θａ５の範囲内にない角度で入射するので、投影されない。そのため、光学シフト素子２０は、表示面Ｐの上端部から出射する光のすべてをシフトさせ得るように設計される必要はなく、表示面Ｐの上端部から出射する光のうち、投影レンズ３０の画角θａ５と同じ角度範囲内で出射する光のみをシフトさせ得るように設計されていればよい。
【００６４】
このように、表示面Ｐの上端部から出射される拡散光については、その広がり角θａ１と投影レンズ３０の画角θａ５とのうちの小さい方の角度に基づいて、光学シフト素子２０の幅を設定すればよい。
【００６５】
表示面Ｐの下端部、右端部、左端部から出射する光についても同様であり、それぞれの端部から出射される光の広がり角と投影レンズの画角θａ５とのうち、小さい方の角度に基づいて光学シフト素子２０の幅を設定すればよい。
【００６６】
従って、θａ１およびθａ５のうちの小さい方の角をθａ６、θａ２およびθａ５のうちの小さい方の角をθａ７、θａ３およびθａ５のうちの小さい方の角をθａ８、θａ４およびθａ５のうちの小さい方の角をθａ９としたとき、光学シフト素子２０の上下方向に沿った幅Ｈａ１および左右方向に沿った幅Ｈａ１に必要とされる最小値は、下式（Ｃ）および（Ｄ）で表される。
Ｈａ１＝Ｉａ１＋Ｇ・（ｔａｎθａ６＋ｔａｎθａ７）・・・・・・（Ｃ）
Ｈａ２＝Ｉａ２＋Ｇ・（ｔａｎθａ８＋ｔａｎθａ９）・・・・・・（Ｄ）
【００６７】
本実施形態における表示装置１００は、光学シフト素子２０の光出射側の端部の幅Ｈａ１、Ｈａ２が、下式（１）および（２）の両方の関係を満足するように構成されている。
Ｈａ１≧Ｉａ１＋Ｇ・（ｔａｎθａ６＋ｔａｎθａ７）・・・・・・（１）
Ｈａ２≧Ｉａ２＋Ｇ・（ｔａｎθａ８＋ｔａｎθａ９）・・・・・・（２）
【００６８】
従って、表示光の利用効率が低下するなどの表示への支障をきたすことなく、小型化、軽量化および低コスト化を実現することができる。なお、式（１）および（２）の一方の関係のみを満足することによっても上述した効果を得ることはできるが、表示への悪影響をより確実に防止する観点からは、式（１）および式（２）の両方の関係を満足していることが好ましい。
【００６９】
小型化、軽量化および低コスト化の観点からは、光学シフト素子２０の光出射側の端部の幅Ｈａ１およびＨａ２は、上記式（１）および（２）を満足する範囲でできるだけ小さいことが好ましい。
【００７０】
また、光学シフト素子２０の幅は、表示面Ｐの端部から出射する光の広がり角と投影レンズの画角θａ５とのうち、大きい方の角度に基づいて設定した幅よりも小さいことが好ましい。具体的には、θａ１およびθａ５のうちの大きい方の角をθａ１０、θａ２およびθａ５のうちの大きい方の角をθａ１１、θａ３およびθａ５のうちの大きい方の角をθａ１２、θａ４およびθａ５のうちの大きい方の角をθａ１３としたとき、光学シフト素子２０の幅Ｈａ１およびＨａ２が、下式（３）および（４）の少なくとも一方の関係を満足していると、単に表示面Ｐの端部から出射する光の広がり角のみを考慮して光学シフト素子２０の幅を設定した場合よりも、小型化、軽量化および低コスト化という効果が確実に得られる。さらなる小型化、軽量化および低コスト化をはかる観点からは、Ｈａ１およびＨａ２が、式（３）および（４）の両方の関係を満足していることが好ましい。
Ｈａ１＜Ｉａ１＋Ｇ・（ｔａｎθａ１０＋ｔａｎθａ１１）      式（３）
Ｈａ２＜Ｉａ２＋Ｇ・（ｔａｎθａ１２＋ｔａｎθａ１３）      式（４）
【００７１】
なお、光学シフト素子２０の幅を決定する際には、光学シフト素子２０を構成する素子の生産性などをさらに考慮してもよい。例えば、本実施形態のように、光学シフト素子２０の光出射側の端部が複屈折素子２４の端部によって規定される場合には、複屈折素子２４をその材料（例えば水晶）の母材から切り出す際の生産性などを考慮してもよい。
【００７２】
以下、本実施形態の表示装置１００における光学シフト素子２０のサイズの具体例を示す。なお、本発明が以下に示した数値に限定されないのはいうまでもない。
【００７３】
光学シフト素子２０が備える複屈折素子２４の内部における光の分離角度をθ１とすると、分離角度θ１は、以下の式（Ｅ）で表される。
【００７４】
【数１】
2004294482.tif 000003
【００７５】
ここで、θ０は複屈折素子２４の光学軸の傾斜角、ｎｏは複屈折素子２４の常光屈折率、ｎｅは複屈折素子２４の異常光屈折率である。
【００７６】
複屈折素子２４として、光学軸の傾斜角θ０＝４５°、常光屈折率＝１．５４４、異常光屈折率＝１．５５３の水晶板を用いた場合、式（Ｅ）より、内部分離角度θ１は、以下の数値となる。
θ１＝０．３３７°
【００７７】
また、複屈折素子２４によるシフト量をΔｄとすると、複屈折素子２４の厚さｔＢは、以下の式で表される。
ｔＢ＝Δｄ／ｔａｎθ１
【００７８】
従って、画素ピッチを２１μｍ、複屈折素子２４に必要とされるシフト量Δｄを１０．５μｍとすると、複屈折素子２４の厚さｔＢは、以下の数値となる。
2004294482.tif 000004
【００７９】
本実施形態では、複屈折素子２４を２つ用いるので、２つの複屈折素子２４の総厚さＴＢは、以下の数値となる。
2004294482.tif 000005
【００８０】
光学シフト素子２０が備える２つの液晶素子２２の総厚さＴＬを２．８ｍｍとすると、光学シフト素子２０の厚さ（入射光の伝搬方向に沿った厚さ）Ｔは、以下の数値となる。
2004294482.tif 000006
【００８１】
水晶板の屈折率ｎを１．５４、液晶素子２２を構成するガラス基板の屈折率ｎＬを１．５２とすると、光学シフト素子２０の空気換算厚さＴ´は、以下の数値となる。
2004294482.tif 000007
【００８２】
表示パネル１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂの表示面Ｐから光学シフト素子２０の光入射側の端部までの空気換算距離Ｆを４０ｍｍとすると、表示面Ｐから光学シフト素子２０の光出射側の端部までの空気換算距離Ｇは、以下の数値となる。
2004294482.tif 000008
【００８３】
表示面Ｐの上端部、下端部、右端部および左端部から出射する拡散光の広がり角θａ１、θａ２、θａ３およびθａ４がいずれも１８°、投影レンズ３０の画角θａ５が１６．３９°である場合、θａ１およびθａ５のうちの小さい方の角θａ６、θａ２およびθａ５のうちの小さい方の角θａ７、θａ３およびθａ５のうちの小さい方の角θａ８、θａ４およびθａ５のうちの小さい方の角θａ９は、いずれもθａ５である。そのため、表示面Ｐの上下方向に沿った幅Ｉａ１が１５．１２ｍｍ、表示面Ｐの左右方向に沿った幅Ｉａ２が２６．８８ｍｍであると、光学シフト素子２０の光出射側の端部の、表示面Ｐの上下方向に沿った幅Ｈａ１および左右方向に沿った幅Ｈａ２の必要最小限の値は、以下の数値となる。
2004294482.tif 000009
【００８４】
従って、Ｈａ１≧４１．１（ｍｍ）およびＨａ２≧５２．８６（ｍｍ）の関係を満足するように光学シフト素子２０の幅Ｈａ１およびＨａ２を設定することによって、光の利用効率が低下するなどの表示への支障をきたすことなく、表示装置の小型化、軽量化および低コスト化を実現することができる。
【００８５】
（実施形態２）
本発明による表示装置の第２の実施形態を説明する。図９は、本実施形態における表示装置２００を模式的に示している。
【００８６】
表示装置２００は、図９に示すように、表示パネル１０と、表示パネル１０の背面側に配置された照明装置６と、観察光学系としての接眼レンズ３２とを備えている。
【００８７】
表示パネル１０は、各々が光を変調することができる複数の画素領域を有しており、照明装置（バックライト）６からの光を変調する。複数の画素領域は、典型的にはマトリクス状に配列され、表示面を規定する。表示パネル１０は、本実施形態では、一対の基板とこれらの間に挟持された液晶層とを有する透過型の液晶表示パネルである。この表示パネル１０は、駆動回路（不図示）から駆動信号や映像信号を受け取り、映像信号に応じた画像を表示する。表示パネル１０が表示する「画像」は、２次元的な情報の配列を広く含むものであり、単なる映像だけでなく、文字（テキスト）情報などであってもよい。
【００８８】
表示装置２００は、さらに、表示パネル１０から出射した光の光軸をシフトさせ得る光学シフト素子２０を備えている。光学シフト素子２０は、表示パネル１０から出射した光の光路上に設けられており、表示パネル１０と接眼レンズ３２との間に設けられている。
【００８９】
光学シフト素子２０は、図２に示した光学シフト素子２０と同様に、液晶素子２２と複屈折素子２４とを備えた光学シフト部２１を２つ含んでいる。この光学シフト素子２０によって、図３（ｂ）に示したように、Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ａ・・・と異なる４つの位置に画素をシフトさせることができる。その結果、見かけ上の画素数が４倍となり、明るく、解像度の高い表示が可能になる。
【００９０】
接眼レンズ３２は、光学シフト素子２０から出射された光を受ける。表示パネル１０によって表示された画像は、観察光学系としてのこの接眼レンズ３２によって光学的に拡大されて観察者に観察される。
【００９１】
本実施形態の表示装置２００においても、表示パネル１０から出射される光はある程度の広がり角を有している。また、接眼レンズ３２は、一定の角度範囲内で入射した光に対応した画像のみを拡大する。接眼レンズ３２が画像を拡大できる入射角の範囲も「画角」と称される。
【００９２】
本実施形態の表示装置２００は、接眼レンズ３２の画角を、投影レンズ３０の画角と同様にθａ５と表記したとき、実施形態１の表示装置１００と同様に、光学シフト素子２０の光出射側の端部の幅Ｈａ１、Ｈａ２が、式（１）および式（２）の両方の関係を満足するように構成されている。従って、表示に支障をきたすことなく、小型化、軽量化および低コスト化を実現することができる。
【００９３】
以下、本実施形態の表示装置２００における光学シフト素子２０のサイズの具体例を示す。なお、本発明が以下に示した数値に限定されないのはいうまでもない。
【００９４】
複屈折素子２４として、光学軸の傾斜角θ０＝４５°、常光屈折率＝１．５４４、異常光屈折率＝１．５５３の水晶板を用いた場合、式（Ｅ）より、複屈折素子２４の内部における光の分離角度θ１は、以下の数値となる。
θ１＝０．３３７°
【００９５】
また、複屈折素子２４によるシフト量をΔｄとすると、複屈折素子２４の厚さｔＢは、以下の式で表される。
ｔＢ＝Δｄ／ｔａｎθ１
【００９６】
画素ピッチを２１μｍ、複屈折素子２４に必要とされるシフト量Δｄを１０．５μｍとすると、複屈折素子２４の厚さｔＢは、以下の数値となる。
2004294482.tif 000010
【００９７】
本実施形態では、複屈折素子２４を２つ用いるので、２つの複屈折素子２４の総厚さＴＢは、以下の数値となる。
2004294482.tif 000011
【００９８】
光学シフト素子２０が備える２つの液晶素子２２の総厚さＴＬを２．８ｍｍとすると、光学シフト素子２０の厚さ（入射光の伝搬方向に沿った厚さ）Ｔは、以下の数値となる。
2004294482.tif 000012
【００９９】
水晶板の屈折率ｎを１．５４、液晶素子２２を構成するガラス基板の屈折率ｎＬを１．５２とすると、光学シフト素子２０の空気換算厚さＴ´は、以下の数値となる。
2004294482.tif 000013
【０１００】
表示パネル１０の表示面から光学シフト素子２０の光入射側の端部までの空気換算距離Ｆを６ｍｍとすると、表示面から光学シフト素子２０の光出射側の端部までの空気換算距離Ｇは、以下の数値となる。
2004294482.tif 000014
【０１０１】
表示面の上端部、下端部、右端部および左端部から出射する拡散光の広がり角θａ１、θａ２、θａ３およびθａ４がいずれも１５°、接眼レンズ３２の画角θａ５が１８．４３°である場合、θａ１およびθａ５のうちの小さい方の角θａ６、θａ２およびθａ５のうちの小さい方の角θａ７、θａ３およびθａ５のうちの小さい方の角θａ８、θａ４およびθａ５のうちの小さい方の角θａ９は、それぞれ、θａ１、θａ２、θａ３、θａ４である。そのため、表示面の上下方向に沿った幅Ｉａ１が１５．１２ｍｍ、表示面の左右方向に沿った幅Ｉａ２が２６．８８ｍｍであると、光学シフト素子２０の光出射側の端部の、表示面の上下方向に沿った幅Ｈａ１および左右方向に沿った幅Ｈａ２の必要最小限の値は、以下の数値となる。
2004294482.tif 000015
【０１０２】
従って、Ｈａ１≧２０．５６（ｍｍ）およびＨａ２≧３２．３２（ｍｍ）の関係を満足するように光学シフト素子２０の幅Ｈａ１およびＨａ２を設定することによって、光の利用効率が低下するなどの表示への支障をきたすことなく、表示装置の小型化、軽量化および低コスト化を実現することができる。
【０１０３】
（実施形態３）
本発明による表示装置の第３の実施形態を説明する。図１０は、本実施形態における表示装置３００を模式的に示している。表示装置３００は、単板式の投影型画像表示装置である。
【０１０４】
表示装置３００は、図１０に示すように、光源１と、表示パネル１０と、光源１からの光を、波長域に応じて同一平面内に含まれる異なる方向に向け、波長域に応じて表示パネル１０の対応する画素領域に集光させる光制御手段と、表示パネル１０で変調された光をスクリーンなどの被投影面上に投射する投影レンズ３０とを備えている。
【０１０５】
表示装置３００は、さらに、表示パネル１０で変調された光の光軸をシフトさせ得る光学シフト素子２０を備えている。この光学シフト素子２０は、表示パネル１０と投影レンズ３０との間に設けられており、投影レンズ３０は、光学シフト素子２０から出射された光を受けて被投影面上に画像を形成する。
【０１０６】
光源１は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に対応した３つの波長域の光を含む白色光を放射する。光源１としては、例えば、メタルハライドランプやハロゲンランプを用いることができる。
【０１０７】
光源１から出射された光は、ダイクロイックミラー４ａ、４ｂおよび４ｃによってＲ、ＧおよびＢ光に分離され、Ｒ、ＧおよびＢ光は、それぞれ異なる角度で表示パネル１０に入射する。本実施形態では、図１０に示したように、Ｒ光の主光線は表示パネル１０の光入射面に対して垂直に入射し、ＧおよびＢ光の主光線は、Ｒ光の主光線に対して所定の角度θｒｇｂをなして表示パネル１０に入射する。
【０１０８】
表示パネル１０は、各々が光を変調する複数の画素領域を有しており、典型的にはマトリクス状に配列されたこれら複数の画素領域によって表示面が規定される。表示パネル１０は、表示パネル１０用の駆動回路から駆動信号や映像信号を受け取り、映像信号に応じた画像を表示する。表示パネル１０が表示する「画像」は、２次元的な情報の配列を広く含むものであり、単なる映像だけでなく、文字（テキスト）情報などであってもよい。
【０１０９】
本実施形態における表示パネル１０は、一対の基板と、これら一対の基板間に挟持された液晶層とを備えた透過型の液晶表示パネルである。一対の基板のそれぞれには典型的には偏光板が所定の配置（例えばクロスニコル状態）で取り付けられる。また、光源側の基板には、図１１に示すようにマイクロレンズアレイ７が取り付けられている。ダイクロイックミラー４ａ、４ｂおよび４ｃで反射されたＲ、ＧおよびＢ光は、マイクロレンズアレイ７にそれぞれ異なる角度で入射し、マイクロレンズアレイ７によって対応した画素領域に集められる。画素領域に集められた光は、画素領域で変調された後、波長域に応じて異なる角度で出射する。なお、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４ａ、４ｂおよび４ｃとマイクロレンズアレイ７とを用いるが、他の光学的な手段（例えば、回折格子）を用いてもよい。
【０１１０】
光学シフト素子２０は、本実施形態では、図２に示した光学シフト素子２０と同様に、入射した光の光軸をシフトさせ得る光学シフト部２１を２つ備えており、それぞれの光学シフト部２１は、入射した光の偏光方向を変調する偏光変調素子２２と、光の偏光方向によって屈折率の異なる複屈折素子２４とを備えている。ただし、本実施形態では、それぞれの光学シフト部２０は、光軸をシフトさせる方向が互いに同じになるように配置されているので、画素を同一直線上の異なる３つの位置にシフトさせることができる。
【０１１１】
本実施形態における偏光変調素子２２は、液晶層と、液晶層を介して対向する一対の透明基板とを有する液晶素子である。液晶素子２２は、透明基板の液晶層側に、液晶層に電圧を印加するための透明電極（透明導電層）を有している。
【０１１２】
光学シフト素子２０の動作は、光学シフト素子２０用の駆動回路（不図示）によって制御される。光学シフト素子２０用の駆動回路は、光学シフト素子２０が含む複数の液晶素子２２に対して個別に複数のレベル電圧を印加するための電圧印加部を有しており、表示パネル１０の画像表示に同期した駆動信号を光学シフト素子２０に供給する。
【０１１３】
以下、本実施形態の表示装置３００における、画像の表示方法を説明する。
【０１１４】
表示装置３００では、光源１から出射する白色光をダイクロイックミラー４ａ、４ｂおよび４ｃを用いて、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の波長領域にその成分を持つ光に分離する。分離されたＲ、Ｇ、Ｂ光は、マイクロレンズアレイ７によって表示パネルの異なる画素領域に異なった角度で入射される。時間の経過にかかわらず、同一の画素領域には同じ色の光が照射される。
【０１１５】
表示パネル１０には、画像を構成する各フレーム画像のデータから生成された複数のサブフレーム画像のデータを時分割で表示させる。例えば、各フレーム画像は、３つのサブフレーム画像に分割され、３つのサブフレーム画像は、表示パネル１０上において、１画素分ずつシフトして表示される。このとき、あるフレーム画像を構成する１つの画素に注目すると、この画素は、Ｒ、Ｇ、Ｂ光がそれぞれ照射されている表示パネル１０上の画素領域に対応する。
【０１１６】
表示パネル１０に異なった角度で入射したＲ、Ｇ、Ｂの光は互いに異なった角度で表示パネル１０から出射する。出射するＲ、Ｇ、Ｂの光は、サブフレーム画像のデータを用いて表示パネル１０により変調されるため、サブフレーム画像となる。
【０１１７】
これら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は、光学シフト素子２０によって、被投影面上においてその位置がシフトされて表示される。
【０１１８】
ここで、あるフレーム画像から複数のサブフレーム画像を形成する方法を説明する。
【０１１９】
例えば、あるフレーム画像が図１２（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、あ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。
【０１２０】
まず、図１２（ａ）に示すカラー表示用のフレーム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１２（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。これらのデータは図１３の左側に示すように、Ｒ、Ｇ、およびＢ用フレームメモリにそれぞれ格納される。
【０１２１】
図１３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、あ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１４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１２（ａ）に示すような原画像が認識されることになる。
【０１２２】
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。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１３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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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、図１３から明らかにように、表示サブフレーム１は、Ｒ画像フレームの第１、４、７、１０…行の画素に関するデータと、Ｇ画像フレームの第２、５、８、１１…行の画素に関するデータと、Ｂ画像フレームの第３、６、９、１２…行の画素に関するデータとを含む。表示サブフレーム２は、Ｂ画像フレームの第１、４、７、１０…行の画素に関するデータと、Ｒ画像フレームの第２、５、８、１１…行の画素に関するデータと、Ｇ画像フレームの第３、６、９、１２…行の画素に関するデータとを含む。また、表示サブフレーム３は、Ｇ画像フレームの第１、４、７、１０…行の画素に関するデータと、Ｂ画像フレームの第２、５、８、１１…行の画素に関するデータと、Ｒ画像フレームの第３、６、９、１２…行の画素に関するデータとを含む。なお、図１３からわかるように、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行は光学シフトのマージンとして機能する。
【０１２５】
原画像フレームを再現するためには、Ｒ画像フレームの第１行、Ｂ画像フレームの第１行およびＧ画像フレームの第１行を合成しなければならない。図１３に示すように、これらの情報は、表示サブフレーム１、２および３において、１行目、０行目および−１行目に割り当てられる。したがって、これらのサブフレーム画像を被投影面上において、表示サブフレーム１に対して、表示サブフレーム２は１画素分、シフトさせて表示し、表示サブフレーム１に対して、表示サブフレーム３は２画素分シフトさせて表示する。つまり、投影面上の各画素では、３つの表示サブフレームが順次シフトして表示される。この各サブフレーム間における画像のシフトは光学シフト素子２０によって行われる。
【０１２６】
上述したように、本実施形態の表示装置３００では、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ので、カラーフィルタを用いた単板式の投影型表示装置に比べて光利用効率が大幅に向上し、しかも、３倍の解像度を実現することができる。
【０１２７】
次に、本実施形態の表示装置３００における、光学シフト素子２０の好適なサイズを説明する。
【０１２８】
本実施形態の表示装置３００においても、基本的には、表示パネル１０の表示面の端部から出射する光の広がり角と投影レンズ３０の画角とを考慮して光学シフト素子２０の幅を決定すればよい。
【０１２９】
ただし、本実施形態では、光源１からの光は、光制御手段によって同一平面（以下では「色分離平面」とよぶ。）内に含まれる異なる方向に向けられて、波長域に応じて対応した画素領域に集められるので、表示パネル１０から光が出射する角度は波長域ごとに異なる。そのため、表示パネル１０の表示面から出射する光の広がり角は、等方的ではなく、波長域の異なる光を含む平面（色分離平面に平行）に平行な方向により大きな広がり角を有している。
【０１３０】
つまり、本実施形態では、表示面から出射される光は、光制御手段の色分離平面に直交する方向（便宜的に「第１方向」と称する。）に相対的に小さな広がり角を有し、色分離平面に平行な方向（便宜的に「第２方向」と称する。）に相対的に大きな広がり角を有している。
【０１３１】
表示面から出射する光が上述したように異方的な広がり角を有しているということを、投影レンズ３０の入射瞳とこれに入射する光との関係に即して説明すると、図１５に示すように、投影レンズ３０の入射瞳を通過する光の幅が、第１方向に沿っては光それ自身の幅によって規定され、第２方向に沿っては投影レンズ３０の入射瞳の径によって規定されるということである。
【０１３２】
従って、表示面から出射する光の第１方向に沿った広がり角と、投影レンズ３０の画角とを比較すると、典型的には、第１方向に沿った広がり角の方が小さい。また、表示面から出射する光の第２方向に沿った広がり角と、投影レンズ３０との画角とを比較すると、典型的には投影レンズ３０の画角の方が小さい。
【０１３３】
そのため、上記の第１方向における表示面の一端部から表示面の法線方向に対して表示面の一端部側に傾いた方向に出射する光と表示面の法線方向とがなす最大の角をθｂ１、第１方向における表示面の他端部から表示面の法線方向に対して表示面の他端部側に傾いた方向に出射する光と表示面の法線方向とがなす最大の角をθｂ２、表示面の前記第１方向に沿った幅をＩｂ１、表示面から光学シフト素子２０の光出射側の端部までの空気換算距離をＧとすると、第１方向に沿った、光学シフト素子２０の光出射側の端部の幅をＨｂ１が、下式（５）を満足していることが好ましい。
Ｈｂ１≧Ｉｂ１＋Ｇ・（ｔａｎθｂ１＋ｔａｎθｂ２）      式（５）
【０１３４】
また、レンズの画角をθｂ３、表示面の第２方向に沿った幅をＩｂ２とすると、第２方向に沿った、光学シフト素子２０の光出射側の端部の幅Ｈｂ２が、下式（６）の関係を満足していることが好ましい。
Ｈｂ２≧Ｉｂ２＋２・Ｇ・ｔａｎθｂ３                  式（６）
【０１３５】
本実施形態における表示装置３００は、光学シフト素子２０の光出射側の端部の幅Ｈｂ１、Ｈｂ２が、式（５）および（６）の両方の関係を満足するように構成されている。
【０１３６】
従って、表示に支障をきたすことなく、小型化、軽量化および低コスト化を実現することができる。なお、式（５）および（６）の一方の関係のみを満足することによっても上述した効果を得ることはできるが、表示への悪影響をより確実に防止する観点からは、式（５）および式（６）の両方の関係を満足していることが好ましい。
【０１３７】
小型化、軽量化および低コスト化の観点からは、光学シフト素子２０の光出射側の端部の幅Ｈｂ１およびＨｂ２は、上記式（５）および（６）を満足する範囲でできるだけ小さいことが好ましい。
【０１３８】
また、第２方向における表示面の一端部から表示面の法線方向に対して第２方向における一端部側に傾いた方向に出射する光と表示面の法線方向とがなす最大の角をθｂ４、第２方向における表示面の他端部から表示面の法線方向に対して第２方向における他端部側に傾いた方向に出射する光と表示面の法線方向とがなす最大の角をθｂ５としたとき、光学シフト素子２０の幅Ｈｂ１およびＨｂ２が下式（７）および（８）の少なくとも一方の関係を満足していると、小型化、軽量化および低コスト化という効果がより確実に得られる。さらなる小型化、軽量化および低コスト化をはかる観点からは、Ｈｂ１およびＨｂ２が、式（７）および（８）の両方の関係を満足していることが好ましい。
Ｈｂ１＜Ｉｂ１＋２・Ｇ・ｔａｎθｂ３                  式（７）
Ｈｂ２＜Ｉｂ２＋Ｇ・（ｔａｎθｂ４＋ｔａｎθｂ５）      式（８）
【０１３９】
次に、表示パネル１０が線走査されることによって駆動される場合における好ましい構成を説明する。
【０１４０】
表示パネル１０に表示される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、表示パネル１０において行列状に配列された複数の画素領域を１行または数行ごとに駆動し、表示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。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、表示パネル１０において行列状に配列された複数の画素領域の全てを一括的に駆動し、表示面全体に新しい画像を表示する。
【０１４１】
表示パネル１０が線走査されることによって駆動される場合には、光学シフト素子２０に含まれる偏光変調素子２２は、それぞれが独立に光の偏光方向を変調し得る複数の領域（以下では「変調領域」ともよぶ。）を、表示パネル１０の走査方向に沿って有していることが好ましい。本実施形態における偏光変調素子２２は液晶素子であるので、液晶素子が、液晶層に部分的に電圧を印加できる構成を有していることが好ましい。例えば、透明電極が所定の形状にパターニングされていることによって、このような電圧の印加が可能になる。
【０１４２】
偏光変調素子２２が走査方向に沿って複数の変調領域を有していると、光学シフト素子２０は、表示画像を一括的にシフトさせるだけでなく、部分的、段階的にシフトさせることができる。そのため、表示パネル１０の走査に同期して画像のシフトを行うことができるので、表示パネル１０による画像表示のタイミングと、光学シフト素子２０による画像シフトのタイミングとのずれを低減することができる。その結果、表示品位を向上できる。
【０１４３】
図１６に、偏光変調素子２２が単一の変調領域を有している場合の画像表示のタイミングと画像シフトのタイミングとのずれを示す。図１６では、１垂直走査期間がｎ秒であり、表示パネル１０の表示面の半分に書き込みが行われた時点（走査開始からｎ／２秒後）で画像シフトを行う場合を例示している。偏光変調素子２２が単一の変調領域しか有していない場合、光学シフト素子２０は、表示画像を一括して同時にシフトさせる。そのため、図１６に示すように、画像の上端および下端ではそれぞれｎ／２秒のタイミングずれが発生してしまう。
【０１４４】
これに対して、例えば、偏光変調素子２２が走査方向に沿って２つの変調領域２２Ａおよび２２Ｂを有している場合、図１７に示すように、表示面の１／４まで書き込みが行われた時点（走査開始からｎ／４秒後）で表示面の上半分に対応した変調領域２２Ａを駆動し、表示面の３／４まで書き込みが行われた時点（走査開始から３ｎ／４秒後）で表示面の下半分に対応した変調領域２２Ｂを駆動することによって、タイミングのずれをｎ／４秒に低減することができる。
【０１４５】
なお、ここでは変調領域が２つの場合を例示したが、偏光変調素子２２は３つ以上の変調領域を有してもよい。タイミングのずれをより低減する観点からは、偏光変調素子２２がより多くの変調領域を有していることが好ましい。
【０１４６】
ここで、偏光変調素子２２の変調領域の幅の好ましい設定を説明する。
【０１４７】
光学シフト素子２０の好適な幅についての説明と同様に、偏光変調素子２２の幅も、表示パネル１０から出射される光をすべて変調できるように設定されていることが好ましい。つまり、表示パネル１０の表示面の端部から出射する光の広がり角を考慮して設定されることが好ましい。従って、偏光変調素子２２の幅は、表示パネル１０の表示面の幅よりも広いことが好ましい。
【０１４８】
ただし、偏光変調素子２２が有する変調領域の走査方向に沿った幅は、偏光変調素子２２の走査方向に沿った幅を単純に等分したものではないことが好ましい。
【０１４９】
例えば、図１８に示すように、偏光変調素子２２が有する３つの変調領域２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの幅を、偏光変調素子２２の幅を３等分したものとすると、表示品位が低下することがある。表示パネル１０の表示面において等幅の３つの領域Ｐ１、Ｐ２およびＰ３を想定すると、表示面の上側の領域Ｐ１から出射される光は、上側の変調領域２２Ａだけでなく、中央の変調領域２２Ｂにも入射してしまう。また、表示面の下側の領域Ｐ３から出射される光も、下側の変調領域２２Ｃだけでなく、中央の変調領域２２Ｂにも入射してしまう。このように、本来入射すべき変調領域に隣接した領域にも光が入射するので、２重像やタイミングずれなどが発生して表示品位が損なわれることがある。
【０１５０】
これに対して、偏光変調素子２２が表示パネル１０の走査方向に沿ってＬ個（Ｌは２以上の整数）の変調領域を有している場合、もっとも端側に位置する２つの領域の走査方向に沿った幅をａおよびｂ、走査方向に沿った表示面の幅をＩとしたとき、ａおよびｂが、下式（９）および（１０）を満足していることによって、上述したような２重像の発生やタイミングのずれの増大を抑制することができる。
ａ＞Ｉ／Ｌ      式（９）
ｂ＞Ｉ／Ｌ      式（１０）
【０１５１】
つまり、図１９に示すように、偏光変調素子２２が有する複数の変調領域２２Ａ〜２２Ｅのうち、両端に位置する２つの領域２２Ａ、２２Ｅの幅ａ、ｂを選択的に広くすると、その他の変調領域２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅの幅ｃを相対的に狭くし、表示面に設定される等幅の領域Ｐ１〜Ｐ５の幅Ｉ／Ｌに近くすることができるので、表示面の領域Ｐ１〜Ｐ５のそれぞれから出射される光を、同期して駆動される変調領域に正確に入射させることができる。そのため、２重像の発生やタイミングのずれの増大を抑制することができる。なお、２重像の発生やタイミングのずれの増大のいっそうの抑制をはかるためには、偏光変調素子２２が有する複数の変調領域のうちのその他の領域（両端の２つの領域以外の領域）の幅ｃは、Ｉ／Ｌに近いことが好ましく、Ｉ／Ｌであることがより好ましい。
【０１５２】
上述したように、偏光変調素子２２の両端の変調領域の幅ａ、ｂは、Ｉ／Ｌよりも広いことが好ましい。Ｉ／Ｌよりもどれだけ広くするかは、走査方向に沿った表示面の端部から出射する光の広がり角と、投影レンズ３０の画角とを考慮して決定することが好ましい。すなわち、走査方向における表示面の一端部から表示面の法線方向に対して表示面の一端部側に傾いた方向に出射する光と表示面の法線方向とがなす最大の角をθｃ１、走査方向における表示面の他端部から表示面の法線方向に対して表示面の他端部側に傾いた方向に出射する光と表示面の法線方向とがなす最大の角をθｃ２、レンズの画角をθｃ３、θｃ１およびθｃ３のうちの小さい方の角をθｃ４、θｃ２およびθｃ３のうちの小さい方の角をθｃ５、表示面から光学シフト素子２０の光出射側の端部までの空気換算距離をＧｃとしたとき、ａおよびｂが、下式（１１）および（１２）を満足することが好ましい。
ａ≧Ｉ／Ｌ＋Ｇ・ｔａｎθｃ４      式（１１）
ｂ≧Ｉ／Ｌ＋Ｇ・ｔａｎθｃ５      式（１２）
【０１５３】
なお、実施形態１の表示装置１００や実施形態２の表示装置２００においても、表示パネル１０が線走査され、偏光変調素子２２が複数の変調領域を有している場合には、両端の変調領域の幅が、上記の式（９）および（１０）、あるいは、式（１１）および（１２）を満足することが好ましい。
【０１５４】
（実施形態４）
上記実施形態１〜３では、光学シフト素子を１つの素子として捉えてそのサイズの最適化をはかっている。これに対して、光学シフト素子を構成する複数の素子のそれぞれのサイズを最適化し、そのことによって光学シフト素子のサイズの最適化をはかることもできる。
【０１５５】
図２０を参照しながら、本発明による表示装置の第４の実施形態を説明する。図２０は、本実施形態における表示装置４００を模式的に示している。表示装置４００は、実施形態２の表示装置２００とほぼ同様の構成を有しているので、以下では、表示装置２００と異なる点を中心に説明する。
【０１５６】
表示装置４００が備える光学シフト素子２０は、図２に示した光学シフト素子２０と同様に、直列的に配列された２組の偏光変調素子２２および複屈折素子２４を有している。ただし、本実施形態では、２つの偏光変調素子２２のそれぞれの幅および２つの複屈折素子２４のそれぞれの幅が、表示面の端部から出射する光の広がり角と接眼レンズ３２の画角とに基づいて決定されている。以下、このことを数式を用いて説明する。
【０１５７】
ここで、光学シフト素子２０が、偏光変調素子２２と複屈折素子２４とをＮ組（Ｎは１以上の整数）有しているとし、表示面の上端部から表示面の法線方向に対して表示面の上側に傾いた方向に出射する光と表示面の法線方向とがなす最大の角をθｄ１、表示面の下端部から表示面の法線方向に対して表示面の下側に傾いた方向に出射する光と表示面の法線方向とがなす最大の角をθｄ２、表示面の右端部から表示面の法線方向に対して表示面の右側に傾いた方向に出射する光と表示面の法線方向とがなす最大の角をθｄ３、表示面の左端部から表示面の法線方向に対して表示面の左側に傾いた方向に出射する光と表示面の法線方向とがなす最大の角をθｄ４、接眼レンズ３２の画角をθｄ５とする。
【０１５８】
また、表示面の上下方向に沿った幅をＩｄ１、表示面の左右方向に沿った幅をＩｄ２、表示面から光学シフト素子２０のＭ組目（Ｍは１以上Ｎ以下の整数）の偏光変調素子２２および複屈折素子２４の光出射側の端部までの空気換算距離をＧＭ１およびＧＭ２、表示面の上下方向に沿った、Ｍ組目の偏光変調素子２２および複屈折素子２４の光出射側の端部の幅をＨｄ１およびＨｄ２、表示面の左右方向に沿った、Ｍ組目の偏光変調素子２２および複屈折素子２４の光出射側の端部の幅をＨｄ３およびＨｄ４とする。
【０１５９】
さらに、θｄ１およびθｄ５のうちの小さい方の角をθｄ６、θｄ２およびθｄ５のうちの小さい方の角をθｄ７、θｄ３およびθｄ５のうちの小さい方の角をθｄ８、θｄ４およびθｄ５のうちの小さい方の角をθｄ９としたとき、本実施形態の表示装置４００では、上記Ｈｄ１およびＨｄ３が、下式（１３）および（１４）の両方の関係を満足し、上記Ｈｄ２およびＨｄ４が、下式（１５）および（１６）の両方の関係を満足している。
Ｈｄ１≧Ｉｄ１＋ＧＭ１・（ｔａｎθｄ６＋ｔａｎθｄ７）      式（１３）
Ｈｄ３≧Ｉｄ２＋ＧＭ１・（ｔａｎθｄ８＋ｔａｎθｄ９）      式（１４）
Ｈｄ２≧Ｉｄ１＋ＧＭ２・（ｔａｎθｄ６＋ｔａｎθｄ７）      式（１５）
Ｈｄ４≧Ｉｄ２＋ＧＭ２・（ｔａｎθｄ８＋ｔａｎθｄ９）      式（１６）
【０１６０】
従って、表示光の利用効率が低下するなどの表示への支障をきたすことなく、小型化、軽量化および低コスト化を実現することができる。なお、式（１３）および（１４）の一方、あるいは、式（１５）および（１６）の一方の関係のみを満足することによっても上述した効果を得ることはできるが、表示への悪影響をより確実に防止する観点からは、式（１３）および（１４）の両方の関係を満足し、式（１５）および（１６）の両方の関係を満足していることが好ましい。
【０１６１】
小型化、軽量化および低コスト化の観点からは、偏光変調素子２２の幅Ｈｄ１、Ｈｄ３は、上記式（１３）および（１４）を満足する範囲でできるだけ小さいことが好ましい。ただし、生産性の観点から、光学シフト素子２０に含まれる複数の偏光変調素子２２の幅を式（１３）および（１４）を満足する範囲で同じとしてもよい。
【０１６２】
また、偏光変調素子２２の幅は、表示面の端部から出射する光の広がり角と接眼レンズ３２の画角とのうち、大きい方の角度に基づいて設定した幅よりも小さいことが好ましい。具体的には、θｄ１およびθｄ５のうちの大きい方の角をθｄ１０、θｄ２およびθｄ５のうちの大きい方の角をθｄ１１、θｄ３およびθｄ５のうちの大きい方の角をθｄ１２、θｄ４およびθｄ５のうちの大きい方の角をθｄ１３としたとき、偏光変調素子２２の幅Ｈｄ１およびＨｄ２が、下式（１７）および（１８）の少なくとも一方の関係を満足していると、単に表示面の端部から出射する光の広がり角のみを考慮して偏光変調素子２２の幅を設定した場合よりも、小型化、軽量化および低コスト化という効果が顕著に得られる。さらなる小型化、軽量化および低コスト化をはかる観点からは、Ｈｄ１およびＨｄ２が、式（１７）および（１８）の両方の関係を満足していることが好ましい。
Ｈｄ１＜Ｉｄ１＋ＧＭ１・（ｔａｎθｄ１０＋ｔａｎθｄ１１）      式（１７）
Ｈｄ３＜Ｉｄ２＋ＧＭ１・（ｔａｎθｄ１２＋ｔａｎθｄ１３）      式（１８）
【０１６３】
同様に、複屈折素子２４の幅Ｈｄ２、Ｈｄ４は、上記式（１５）および（１６）を満足する範囲でできるだけ小さいことが好ましい。ただし、生産性の観点から、光学シフト素子２０に含まれる複数の複屈折素子２４の幅を式（１５）および（１６）を満足する範囲で同じとしてもよい。
【０１６４】
また、複屈折素子２４の幅は、表示面の端部から出射する光の広がり角と接眼レンズ３２の画角とのうち、大きい方の角度に基づいて設定した幅よりも小さいことが好ましい。具体的には、θｄ１およびθｄ５のうちの大きい方の角をθｄ１０、θｄ２およびθｄ５のうちの大きい方の角をθｄ１１、θｄ３およびθｄ５のうちの大きい方の角をθｄ１２、θｄ４およびθｄ５のうちの大きい方の角をθｄ１３としたとき、複屈折素子２４の幅Ｈｄ２およびＨｄ４が、下式（１９）および（２０）の少なくとも一方の関係を満足していると、単に表示面の端部から出射する光の広がり角のみを考慮して複屈折素子２４の幅を設定した場合よりも、小型化、軽量化および低コスト化という効果が顕著に得られる。さらなる小型化、軽量化および低コスト化をはかる観点からは、Ｈｄ２およびＨｄ４が、式（１９）および（２０）の両方の関係を満足していることが好ましい。
Ｈｄ２＜Ｉｄ１＋ＧＭ２・（ｔａｎθｄ１０＋ｔａｎθｄ１１）      式（１９）
Ｈｄ４＜Ｉｄ２＋ＧＭ２・（ｔａｎθｄ１２＋ｔａｎθｄ１３）      式（２０）
【０１６５】
（実施形態５）
本発明による表示装置の第５の実施形態を説明する。図２１は、本実施形態における表示装置５００を模式的に示している。表示装置５００は、実施形態３の表示装置３００とほぼ同様の構成を有しているので、以下では、表示装置３００と異なる点を中心に説明する。
【０１６６】
表示装置５００が備える光学シフト素子２０は、図２に示した光学シフト素子２０と同様に、直列的に配列された２組の偏光変調素子２２および複屈折素子２４を有している。ただし、本実施形態では、２つの偏光変調素子２２のそれぞれの幅および２つの複屈折素子２４のそれぞれの幅が、表示面の端部から出射する光の広がり角と接眼レンズ３２の画角とに基づいて決定されている。以下、このことを数式を用いて説明する。
【０１６７】
ここで、光学シフト素子２０が、偏光変調素子２２と、複屈折素子２４とをＮ組（Ｎは１以上の整数）有しているとし、光制御手段による色分離平面に直交する方向（第１方向）における表示面の一端部から表示面の法線方向に対して表示面の一端部側に傾いた方向に出射する光と表示面の法線方向とがなす最大の角をθｅ１、第１方向における表示面の他端部から表示面の法線方向に対して表示面の他端部側に傾いた方向に出射する光と表示面の法線方向とがなす最大の角をθｅ２、投影レンズ３０の画角をθｅ３とする。
【０１６８】
また、第１方向に沿った表示面の幅をＩｅ１、色分離平面に平行な第２方向に沿った表示面の幅をＩｅ２、表示面から光学シフト素子２０のＭ組目（Ｍは１以上Ｎ以下の整数）の偏光変調素子２２および複屈折素子２４の光出射側の端部までの空気換算距離をＧＭ１およびＧＭ２、第１方向に沿った、Ｍ組目の偏光変調素子および複屈折素子の光出射側の端部の幅をＨｅ１およびＨｅ２、第２方向に沿った、Ｍ組目の偏光変調素子および複屈折素子の光出射側の端部の幅をＨｅ３およびＨｅ４とする。
【０１６９】
本実施形態の表示装置５００では、上記Ｈｅ１およびＨｅ３が、下式（２１）および（２２）の両方の関係を満足し、上記Ｈｅ２およびＨｅ４が、下式（２３）および（２４）の両方の関係を満足している。
Ｈｅ１≧Ｉｅ１＋ＧＭ１・（ｔａｎθｅ１＋ｔａｎθｅ２）      式（２１）
Ｈｅ３≧Ｉｅ２＋２・ＧＭ１・ｔａｎθｅ３                  式（２２）
Ｈｅ２≧Ｉｅ１＋ＧＭ２・（ｔａｎθｅ１＋ｔａｎθｅ２）      式（２３）
Ｈｅ４≧Ｉｅ２＋２・ＧＭ２・ｔａｎθｅ３                  式（２４）
【０１７０】
従って、表示光の利用効率が低下するなどの表示への支障をきたすことなく、小型化、軽量化および低コスト化を実現することができる。なお、式（２１）および（２２）の一方、あるいは、式（２３）および（２４）の一方の関係のみを満足することによっても上述した効果を得ることはできるが、表示への悪影響をより確実に防止する観点からは、式（２１）および（２２）の両方の関係を満足し、式（２３）および（２４）の両方の関係を満足していることが好ましい。
【０１７１】
小型化、軽量化および低コスト化の観点からは、偏光変調素子２２の幅Ｈｅ１、Ｈｅ３は、上記式（２１）および（２２）を満足する範囲でできるだけ小さいことが好ましい。ただし、生産性の観点から、光学シフト素子２０に含まれる複数の偏光変調素子２２の幅を式（２１）および（２２）を満足する範囲で同じとしてもよい。
【０１７２】
また、第２方向における表示面の一端部から表示面の法線方向に対して第２方向における一端部側に傾いた方向に出射する光と表示面の法線方向とがなす最大の角をθｅ４、第２方向における表示面の他端部から表示面の法線方向に対して第２方向における他端部側に傾いた方向に出射する光と表示面の法線方向とがなす最大の角をθｅ５としたとき、偏光変調素子２２の幅Ｈｅ１およびＨｅ３が、下式（２５）および（２６）の少なくとも一方の関係を満足していると、小型化、軽量化および低コスト化という効果がより確実に得られる。さらなる小型化、軽量化および低コスト化をはかる観点からは、Ｈｅ１およびＨｅ３が、式（２５）および（２６）の両方の関係を満足していることが好ましい。
Ｈｅ１＜Ｉｅ１＋２・ＧＭ１・ｔａｎθｅ３                  式（２５）
Ｈｅ３＜Ｉｅ２＋ＧＭ１・（ｔａｎθｅ４＋ｔａｎθｅ５）      式（２６）
【０１７３】
同様に、複屈折素子２４の幅Ｈｅ２、Ｈｅ４は、上記式（２３）および（２４）を満足する範囲でできるだけ小さいことが好ましい。ただし、生産性の観点から、光学シフト素子２０に含まれる複数の複屈折素子２４の幅を式（２３）および（２４）を満足する範囲で同じとしてもよい。
【０１７４】
また、第２方向における表示面の一端部から表示面の法線方向に対して第２方向における一端部側に傾いた方向に出射する光と表示面の法線方向とがなす最大の角をθｅ４、第２方向における表示面の他端部から表示面の法線方向に対して第２方向における他端部側に傾いた方向に出射する光と表示面の法線方向とがなす最大の角をθｅ５としたとき、複屈折素子２４の幅Ｈｅ２およびＨｅ４が、下式（２７）および（２８）の少なくとも一方の関係を満足していると、小型化、軽量化および低コスト化という効果がより確実に得られる。さらなる小型化、軽量化および低コスト化をはかる観点からは、Ｈｅ２およびＨｅ４が、式（２７）および（２８）の両方の関係を満足していることが好ましい。
Ｈｅ２＜Ｉｅ１＋２・ＧＭ２・ｔａｎθｅ３                  式（２７）
Ｈｅ４＜Ｉｅ２＋ＧＭ２・（ｔａｎθｅ４＋ｔａｎθｅ５）      式（２８）
【０１７５】
なお、本実施形態の表示装置５００や、実施形態４の表示装置４００においても、表示パネル１０が線走査駆動される場合には、光学シフト素子２０に含まれる偏光変調素子２２が複数の変調領域を走査方向に沿って有していることによって、表示タイミングとシフトタイミングとのずれを低減することができる。
【０１７６】
また、Ｍ組目の偏光変調素子２２が表示パネル１０の走査方向に沿ってＬ個（Ｌは２以上の整数）の変調領域を有しているとし、もっとも端側に位置する２つの領域の走査方向に沿った幅をａおよびｂ、走査方向に沿った表示面の幅をＩとしたとき、図１８や図１９を参照しながら説明したのと同様の理由から、ａおよびｂが、下式（２９）および（３０）を満足していることによって、２重像の発生やタイミングのずれの増大を抑制することができる。
ａ＞Ｉ／Ｌ      式（２９）
ｂ＞Ｉ／Ｌ      式（３０）
【０１７７】
さらに、走査方向における表示面の一端部から表示面の法線方向に対して表示面の一端部側に傾いた方向に出射する光と表示面の法線方向とがなす最大の角をθｆ１、走査方向における表示面の他端部から表示面の法線方向に対して表示面の他端部側に傾いた方向に出射する光と表示面の法線方向とがなす最大の角をθｆ２、投影レンズ３２の画角をθｆ３、θｆ１およびθｆ３のうちの小さい方の角をθｆ４、θｆ２およびθｆ３のうちの小さい方の角をθｆ５、表示面からＭ組目の偏光変調素子２２の光出射側の端部までの空気換算距離をＧｆとしたとき、ａおよびｂが、下式（３１）および（３２）を満足することが好ましい。
ａ≧Ｉ／Ｌ＋Ｇｆ・ｔａｎθｆ４      式（３１）
ｂ≧Ｉ／Ｌ＋Ｇｆ・ｔａｎθｆ５      式（３２）
【０１７８】
以下、本実施形態の表示装置５００における光学シフト素子２０のサイズの具体例を示す。なお、本発明が以下に示した数値に限定されないのはいうまでもない。
【０１７９】
図２２に示すように、表示パネル１０の表示面から１組目（表示パネル１０側）の液晶素子２２までの距離をｔ１、１組目の液晶素子２２および複屈折素子２４の厚さをｔ２およびｔ３、２組目の液晶素子２２および複屈折素子２４の厚さをｔ４およびｔ５とする。なお、ここでは、表示パネル１０の表示面と光学シフト素子２０の光入射面（１組目の液晶素子２２の光入射面）との間に空気が介在しているものとして計算しているが、これらの間に波長板、偏光板、ガラス板などが介在する場合には、それらの材料の屈折率から空気換算距離を計算すればよい。
【０１８０】
複屈折素子２４として、光学軸の傾斜角θ０＝４５°、常光屈折率＝１．５４４、異常光屈折率＝１．５５３の水晶板を用いた場合、式（Ｅ）より、複屈折素子２４の内部における光の分離角度θ１は、以下の数値となる。
θ１＝０．３３７°
【０１８１】
また、複屈折素子２４によるシフト量をΔｄとすると、複屈折素子２４の厚さｔ３、ｔ５は、以下の式で表される。
ｔ３＝ｔ５＝Δｄ／ｔａｎθ１
【０１８２】
従って、画素ピッチを２１μｍ、複屈折素子２４に必要とされるシフト量Δｄを２１μｍとすると、複屈折素子２４の厚さｔ３、ｔ５は、以下の数値となる。
2004294482.tif 000016
【０１８３】
表示面から１組目の液晶素子２２までの距離ｔ１を６ｍｍ、液晶素子２２の厚さｔ２、ｔ４を１．４ｍｍ、空気の屈折率ｎ０を１．０、水晶板の屈折率ｎを１．５４、液晶素子２２を構成するガラス基板の屈折率ｎＬを１．５２とすると、表示面から１組目の偏光変調素子２２の光出射側の端部までの空気換算距離Ｇ１１、表示面から１組目の複屈折素子２４の光出射側の端部までの空気換算距離Ｇ１２、表示面から２組目の偏光変調素子２２の光出射側の端部までの空気換算距離Ｇ２１、表示面から２組目の複屈折素子２４の光出射側の端部までの空気換算距離Ｇ２２は、以下の数値となる。
2004294482.tif 000017
【０１８４】
従って、第１方向（光制御手段の色分離平面に直交する方向）における表示面の一端部および他端部から出射する光の広がり角θｅ１およびθｅ２がいずれも１５°、投影レンズ３０の画角θｅ３が１８．４３°、第１方向に沿った表示面の幅Ｉｅ１が１５．１２ｍｍ、第２方向に沿った表示面の幅Ｉｅ２が２６．８８ｍｍであると、１組目の液晶素子２２の光出射側端部の、第１方向に沿った幅Ｈｅ１．１および第２方向に沿った幅Ｈｅ３．１の必要最小限の値は、式（２１）および式（２２）より、以下の数値となる。
2004294482.tif 000018
【０１８５】
また、１組目の複屈折素子２４の光出射側端部の、第１方向に沿った幅Ｈｅ２．１および第２方向に沿った幅Ｈｅ４．１の必要最小限の値は、式（２３）および式（２４）より、以下の数値となる。
2004294482.tif 000019
【０１８６】
さらに、２組目の液晶素子２２の光出射側端部の、第１方向に沿った幅Ｈｅ１．２および第２方向に沿った幅Ｈｅ３．２の必要最小限の値は、式（２１）および式（２２）より、以下の数値となる。
2004294482.tif 000020
【０１８７】
また、２組目の複屈折素子２４の光出射側端部の、第１方向に沿った幅Ｈｅ２．２および第２方向に沿った幅Ｈｅ４．２の必要最小限の値は、式（２３）および式（２４）より、以下の数値となる。
2004294482.tif 000021
【０１８８】
また、１組目および２組目の液晶素子２２がいずれも走査方向に沿って５つの変調領域を有しているとすると、１組目の液晶素子２２の両端の変調領域の幅ａ１およびｂ１、２組目の液晶素子２２の両端の変調領域の幅ａ２およびｂ２の必要最小限の値は、式（３１）および（３２）より、以下の数値となる。
2004294482.tif 000022
【０１８９】
従って、１組目の液晶素子２２をＨｅ１．１≧１８．８３（ｍｍ）およびＨｅ３．１≧３１．４９（ｍｍ）の関係を満足するように設計し、１組目の複屈折素子２４をＨｅ２．１≧２０．０７（ｍｍ）およびＨｅ４．１≧３３．０４（ｍｍ）の関係を満足するように設計するとともに、２組目の液晶素子２２をＨｅ１．２≧２０．５６（ｍｍ）およびＨｅ３．２≧３３．６５（ｍｍ）の関係を満足するように設計し、２組目の複屈折素子２４をＨｅ２．２≧２１．８１（ｍｍ）およびＨｅ４．２≧３５．２０（ｍｍ）の関係を満足するように設計することによって、光の利用効率が低下するなどの表示への支障をきたすことなく、表示装置の小型化、軽量化および低コスト化を実現することができる。
【０１９０】
また、１組目の液晶素子２２をａ１≧４．８８（ｍｍ）およびｂ１≧４．８８（ｍｍ）の関係を満足するように設計するとともに、２組目の液晶素子２２をａ２≧５．７５（ｍｍ）およびｂ２≧５．７５（ｍｍ）の関係を満足するように設計することによって、２重像の発生やタイミングずれの増大を抑制でき、表示品位を向上することができる。
【０１９１】
なお、光学シフト素子２０や偏光変調素子２２あるいは複屈折素子２４の幅は、表示装置の製造上のずれや誤差などを考慮して、２ｍｍ程度のマージンが確保されるように決定されてもよい。
【０１９２】
また、ここでは、液晶素子２２としてＴＮモードの液晶素子を例示したが、勿論これに限定されず、強誘電性液晶を備えた液晶素子やＯＣＢモードの液晶素子あるいはＥＣＢモードの液晶素子など、光の偏光方向を変調（回転）できるものであればよい。
【０１９３】
複屈折素子２４の材料としては、例示した水晶に限定されず、ニオブ酸リチウム、方解石、雲母、ルチル（ＴｉＯ２）、チリ硝石（ＮａＮＯ３）など一軸性の結晶材料を広く用いることができる。
【０１９４】
また、ここでは、表示パネル１０として透過型の液晶表示パネルを例示しているが、表示パネル１０としては画像を表示できる素子を広く用いることができる。例えば、反射型の液晶表示パネルを用いることもできるし、有機ＥＬ表示素子やプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）などの自発光型の表示素子を用いることもできる。
【０１９５】
以上説明したように、本発明による表示装置において、光学シフト素子のサイズは、表示面の端部から出射する光の広がり角と、レンズの画角とに応じて決定される。したがって、本発明による表示装置は、まず、表示面を有する表示パネルとレンズとを用意し、次に、表示パネルの表示面の端部から出射する光の広がり角とレンズの画角とに応じて光学シフト素子のサイズを決定し、続いて、決定されたサイズを有する光学シフト素子を用意し、その後、これらの表示パネル、レンズおよび光学シフト素子を用いて表示装置を組み立てることによって得られる。光学シフト素子のサイズを決定する工程は、具体的には、光学シフト素子や光学シフト素子を構成する素子が上記の数式を満足するように実行される。
【０１９６】
【発明の効果】
本発明によると、明るく、高解像度の表示を行うことができ、小型化・軽量化および低コスト化に適した表示装置およびその製造方法が提供される。
【０１９７】
本発明は、光学シフト素子を備えた表示装置に好適に用いられ、ヘッド・マウント・ディスプレイなどの直視型表示装置にも液晶プロジェクタなどの投影型表示装置にも好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施形態１の表示装置１００を模式的に示す図である。
【図２】表示装置１００が備える光学シフト素子２０を模式的に示す図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、画素のシフトを模式的に示す図である。
【図４】表示パネルの表示面から拡散光が出射する様子を模式的に示す図である。
【図５】表示面の上端部および下端部から拡散光が出射する様子を模式的に示す図である。
【図６】表示面の右端部および左端部から拡散光が出射する様子を模式的に示す図である。
【図７】表示面の上端部から出射する光の広がり角θａ１が投影レンズ３２の画角θａ５よりも大きい場合を模式的に示す図である。
【図８】表示面の上端部から出射する光の広がり角θａ１が投影レンズ３２の画角θａ５よりも小さい場合を模式的に示す図である。
【図９】本発明による実施形態２の表示装置２００を模式的に示す図である。
【図１０】本発明による実施形態３の表示装置３００を模式的に示す図である。
【図１１】表示装置３００が備える液晶表示パネルを模式的に示す断面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｄ）は、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１３】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１４】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１５】投影レンズの入射瞳を通過する光の幅を模式的に示す図である。
【図１６】偏光変調素子が単一の変調領域を有している場合の表示タイミングとシフトタイミングとのずれを説明するための図である。
【図１７】偏光変調素子が複数の変調領域を有している場合にタイミングのずれが低減されることを説明するための図である。
【図１８】各変調領域の走査方向に沿った幅が等しい場合に、表示パネルから偏光変調素子に光が入射する様子を模式的に示す図である。
【図１９】もっとも端側に位置する２つの変調領域の幅を選択的に広くした場合に、表示パネルから偏光変調素子に光が入射する様子を模式的に示す図である。
【図２０】本発明による実施形態４の表示装置４００を模式的に示す図である。
【図２１】本発明による実施形態５の表示装置５００を模式的に示す図である。
【図２２】表示パネルおよび光学シフト素子を模式的に示す断面図である。
【図２３】従来の光学シフト素子を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１  光源
４ａ、４ｂ、４ｃ  ダイクロイックミラー
６  照明装置（バックライト）
７  マイクロレンズアレイ
８  色合成素子（ダイクロイックプリズム）
１０、１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂ  表示パネル
２０  光学シフト素子
２１  光学シフト部
２２  偏光変調素子（液晶素子）
２４  複屈折素子
３０  投影レンズ
３２  接眼レンズ
１００、２００、３００  表示装置
４００、５００  表示装置
【図１】
2004294482.tif 000023
【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】
2004294482.tif 000029
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2004294482.tif 000033
【図１２】
2004294482.tif 000034
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2004294482.tif 000037
【図１６】
2004294482.tif 000038
【図１７】
2004294482.tif 000039
【図１８】
2004294482.tif 000040
【図１９】
2004294482.tif 000041
【図２０】
2004294482.tif 000042
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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