(57)【要約】【課題】  画素ずらしを行うことによる画質の低下を抑制する。【解決手段】  複数の画素を有して各画素の状態変化によって表示フレームを複数に分割したサブフレーム単位で画像を更新して表示する画像表示素子１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂが表示する画像を更新する更新期間中には投射面１５に対する画像の投影を停止し、この更新期間中に画像の投影位置をずらし、また、更新期間中に直前に投影した画像の残像を表示するようにした。これにより、移動中の画像が視認されてしまうことを防止し、更新期間中に画像の投影を停止しても画像の移動の前後で画像が暗くなってしまうことを防止することができる。【選択図】    図１
2005057457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素を有して各画素の状態変化によって表示フレームを複数に分割したサブフレーム単位で画像を更新して表示する画像表示素子と、
前記画像表示素子が表示する画像を照明する照明光学系と、
前記照明光学系が照明する画像を投射面に投影する投影手段と、
前記投影手段が投影する画像の投影位置を前記投射面内において前記画像表示素子が表示する画像を更新する更新期間内でずらす画素ずらし手段と、
前記画像表示素子が表示する画像を更新する更新期間中に前記投射面に対する画像の投影を停止する投影停止手段と、
を具備する画像投影装置。
【請求項２】
前記投影手段が直前に投影した画像を前記更新期間中残像として表示する残像表示手段を具備する請求項１記載の画像投影装置。
【請求項３】
前記投影停止手段は、前記画像表示素子が表示する画像を更新する更新期間中の前記画像表示素子を黒表示状態とする請求項１記載の画像投影装置。
【請求項４】
前記投影停止手段は、前記画像表示素子が表示する画像を更新する更新期間中の前記照明光学系が照明する画像を前記投射面よりも前記照明光学系側で遮光する請求項１記載の画像投影装置。
【請求項５】
前記残像表示手段は、前記投影面に設けられた発光材料である請求項２記載の画像投影装置。
【請求項６】
前記発光材料の発光性能は、画像の投影が停止してから前記更新期間と同等時間発光可能に設定されている請求項５記載の画像投影装置。
【請求項７】
前記発光材料の発光性能は、投影光の波長が５００〜５６０ｎｍの範囲において画像の投影が停止してから前記更新期間と同等時間発光可能に設定されている請求項５記載の画像投影装置。
【請求項８】
前記残像表示手段は、前記投影面に設けられた蛍光材料である請求項２記載の画像投影装置。
【請求項９】
前記残像表示手段は、Ｒ・Ｇ・Ｂの各色を発光可能である単位残像表示領域を前記画像表示素子の各画素に対応させて複数配列した蛍光材料である請求項２記載の画像投影装置。
【請求項１０】
前記画像表示素子は、線順次に走査される走査線単位で画像を更新し、
前記画素ずらし手段は、更新中の前記走査線の位置に対応する画像の投影位置を前記投射面内でずらし、
前記投影停止手段は、更新中の前記走査線の位置に対応する画像の投影を停止する請求項１記載の画像投影装置。
【請求項１１】
前記画素ずらし手段は、走査線単位での更新時間以内に画素ずらしを行う請求項１０記載の画像投影装置。
【請求項１２】
前記画像表示素子と前記投影面との間に設けられて前記画像表示素子が表示する画像が結像される中間像面を設け、
前記画素ずらし手段は、前記中間像面に結像された画像の位置をこの中間像面内でずらす請求項１０記載の画像投影装置。
【請求項１３】
前記画素ずらし手段は、隣接する複数本の走査線によって構成される更新単位領域に対応する画像の投影位置を前記投射面内でずらし、
前記投影停止手段は、隣接する複数本の走査線によって構成される更新単位領域に対応する画像の投影を停止する請求項１０記載の画像投影装置。
【請求項１４】
前記画像表示素子と前記投影面との間に設けられて前記画像表示素子が表示する画像が結像される中間像面を設け、
前記画素ずらし手段は、前記中間像面に結像された画像の位置をこの中間像面に対し画像の投影方向に沿ってデフォーカスされた位置でずらす請求項１０記載の画像投影装置。
【請求項１５】
Ｎ個（Ｎは正の整数）のサブフレームに分割した１つ分の表示フレームを順次表示する１表示周期での表示順序を、第Ｍ周期目（Ｍは正の整数）と、第（Ｍ＋１）周期目において異ならせる表示位置制御手段を具備する請求項１ないし１４のいずれか一に記載の画像投影装置。
【請求項１６】
Ｎ個（Ｎは正の整数）のサブフレームに分割した１つ分の表示フレームを順次表示する１表示周期において、第Ｍ周期目の最後に表示されるサブフレームの表示位置と第（Ｍ＋１）周期目の最初に表示されるサブフレームの位置とを異ならせる表示位置制御手段を具備する請求項１ないし１４のいずれか一に記載の画像投影装置。
【請求項１７】
複数の画素を有して各画素の状態変化によって表示フレームを複数に分割したサブフレーム単位で画像を更新して表示する画像表示素子が表示する画像を照明光学系によって照明し、この照明画像を投影手段によって投射面に投影する際に、画像の投影位置を前記投射面内でずらすようにした画像表示方法において、
前記画像表示素子が表示する画像を更新する更新期間中前記投射面に対する画像の投影を停止し、
前記投影手段が直前に投影した画像を前記更新期間中残像として表示させるようにした画像表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置および画像投影方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、画像を表示する際に、画像を構成する画素の表示位置をずらして表示することで、表示画素数を増やす各種の表示方式が提案されている。このような表示方式を画素ずらし表示方式という。画素ずらし表示方式は、プロジェクタに代表される投影表示装置に適用されるケースが多いが、他に、ヘッドマウントディスプレイなどへの適用も考えられる。
【０００３】
画素の表示位置をずらす方式としては、例えば、２枚以上の画像を表示位置をずらして同時刻に重ねて表示する方式や、２枚以上の画像の表示タイミングと表示位置とをわずかにずらして表示する方式がある。前者の方式はスタッキング方式、後者の方式はウォブリング方式とよばれることが多い。後者のウォブリング方式では、画像の表示位置を画素サイズレベルでずらして表示する。
【０００４】
ウォブリング方式においては、画像の表示位置をずらす方法・手段が各種提案されている。
【０００５】
例えば、ライトバルブが表示する画像をスクリーン等に拡大投影する場合に、ライトバルブとスクリーンとの間の空間に、液晶膜を含む素子を設ける方法がある。この方法では、液晶膜に対する電圧の印加方向に応じて液晶の配向方向が変わることを利用し、液晶膜に印加する電圧方向をスイッチングすることで液晶膜を通過する光の光路を変えることで、画像の表示位置をずらすことができる。
【０００６】
また、例えば、圧電素子を備える反射素子を用いて、ライトバルブによって表示する画像光を屈折させたり反射角度を変えたりすることでライトバルブから投影面に至る光路を変化させ、画像の表示位置をずらす方法がある。このような屈折素子としては、プリズムが代表的であり、プリズムを微小角度回転させることで画像表示位置をずらすことができる。また、反射素子としては、ミラーが代表的であり、ミラーを微小角度回転させることで画像表示位置をずらすことができる。
【０００７】
また、従来の技術としては、上述した各種技術の他に、例えば、複屈折板を用いて表示素子（ライトバルブ）からの光の光軸をシフトする技術がある（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００８】
なお、ライトバルブとしては、透過型/反射型のいずれについても適用可能である。
【０００９】
ところで、ウォブリング方式を用いる場合、画像の表示位置をずらすための画像の移動期間において移動している画像が見えてしまうと、移動前の画像と移動後の画像とがつながって見えてしまう。すなわち、画素が分離して見えないので、解像度が劣化してしまう。
【００１０】
この劣化を回避するため、従来では、画素ずらし素子に圧電素子を使用した画像投影装置において、画素ずらし動作中には照明光をＯＦＦにするようにした画像投影装置がある（例えば、特許文献３参照）これにより、上述したような画素ずらし中の表示問題を解決することが可能となる。
【００１１】
ところで、近年の標準的な画像投影装置では、各々を独立して変調動作可能な画素をマトリクス状に複数配列して構成されたライトバルブに、照明光源光を照明し、ライトバルブの画素を投影レンズなどの光学手段によって拡大投影し、スクリーンなどの像面に表示するようにしている。
【００１２】
このような画像投影装置では、ライトバルブが与える元画素の投射位置を概ね６０Ｈｚ以上の周波数でシフトさせることにより、見掛け上の視覚的な画素数を向上させることができる。例えば、シフトしない状態にある画素投影位置を基準とし、この基準位置に対して右→下→左→上の順にシフト動作させる場合、画素の位置は４回のシフトにより基準位置に戻り、そのシフト動作はループ的なものとなる。このため、シフトを繰り返して行っても投影される画素の像の位置を一定とすることができる。
【００１３】
ここで、シフト動作を高速で行うとともに各シフト位置においてシフト動作を静止する時間を設けることにより、各シフト位置における画像を見掛け上明瞭に分離させることが可能である。このとき、シフト動作を完全に静止させなくてもよいが、シフト動作を静止する時間に該当する間では、シフト動作に要する速度よりは遅い速度でシフトすることが好ましい。
【００１４】
【特許文献１】特開平４−６３３３２号公報
【特許文献２】特開平７−３６０５４号公報
【特許文献３】特開２００１−３５６４１１公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、上述したように、動画を再生表示するためには最低でも６０Ｈｚ以上のフレーム周波数が必要であり、例えば、１フレームを２つのサブフレームに時分割して画素ずらし表示するためには、１つのサブフレームの表示周波数は１２０Ｈｚ以上としなくてはならない。
【００１６】
特許文献３に記載された技術においても、同様に、光源を高速に点滅させなくてはならない。特許文献３に記載された技術ではＬＥＤを光源としているが、高速な点滅が可能な光源としては、他にレーザダイオード（ＬＤ）を用いることも可能である。発光ダイオードＬＥＤやレーザダイオード（ＬＤ）を用いて所望の光量を得るためには、多数のＬＥＤを２次元のアレイ状に配置して用いることになる。ＬＥＤを２次元アレイ状に配列する場合、特にアレイの中心部において温度が上昇するが、これを効率よく放熱して温度管理することは難しい。また、発光ダイオードＬＥＤやレーザダイオード（ＬＤ）を光源とする場合、光源に要するコストが高くなってしまう。さらに、ＬＥＤやＬＤで所望の画面輝度を得るためには、光源の高出力化が必至となる。例えば、ＬＥＤであれば、２次元アレイ化しないと十分な光量を得ることができない。しかしながら、２次元アレイ化すると上述の放熱効率の問題があり、デバイスが損傷してしまう。
【００１７】
ここで、例えば、ランプを光源として用いると、コストを低く抑え性能を安定させることが可能であるが、高速なＯＮ／ＯＦＦ動作が難しい。また、ランプを光源として用いる場合、一斉に遮光されるので光量ロスが大きい。
【００１８】
また、画像を表示させる時間に対し画像を移動させる時間が長くなると、表示される画素の像が暗くなるため、画素ずらしによる画像の移動時間は短いほどよい。しかしながら、ランプ光源をこのレベルの周波数で明滅させることは極めて困難である。
【００１９】
ランプ光源を高速に明滅させる方式としては、照明光学系に遮光手段を設ける手段が考えられる。この場合、基本的には、照明/遮光を高速にチョッパー動作させればよい。ここで、遮光手段として用いるライトバルブの応答時間は、画像表示を行うライトバルブよりも高速に応答する必要がある。しかしながら、画像表示を行うライトバルブよりも高速な応答が可能なライトバルブを入手することは困難である。
【００２０】
ところで、透過型のライトバルブを用いる場合、ライトバルブを構成する画素の開口率を１００％にすることは難しい。このため、光量損失を伴うという課題がある。
【００２１】
一方、反射型のライトバルブを用いる場合、透過型のライトバルブよりも開口効率の点で改善することが可能であるが、やはり開口率は１００％以下である。また、反射型のライトバルブを遮光手段として用いる場合、光学系のレイアウトが複雑になる傾向がある。
【００２２】
従来では、画素の像が移動している間の遮光に関して、ライトバルブ以外の機構を用いて、遮光を行う方法については開示されている事例はない。
【００２３】
ところで、画素ずらし表示によってライトバルブの画素数よりも多数の画素の像を表示する場合、表示する画像情報量は画素ずらしして表示する画素数相当必要である。例えば、画素ずらしを１回行う場合には、ライトバルブの画素数の２倍の画素情報が必要である。
【００２４】
そして、画素ずらしを行う画像情報を得るためには、高解像度の撮像装置が必要である。例えば、撮像素子としては、ＣＣＤを用いる場合には、ＣＣＤの画素数を増やす必要がある。また、撮像レンズの空間分解能も、ＣＣＤの画素サイズ相当以上の周波数帯域を解像できる性能が求められる。
【００２５】
ところで、画素ずらしを１回行う（２つの画面をずらして表示する）場合、１つの表示フレームの画像情報を２つの画像フレームの画像情報に分離し、分離した２フレームの画像情報をライトバルブ上で交互に表示させる。このとき、２つ目の画像フレームは、１つ目の画像フレームの表示をクリアしてから表示させる。すなわち、ウォブリング方式では、１つ目の画像フレームと２つ目の画像フレームとの間に１つ目の画像フレームをクリアさせる期間が存在する。このクリアさせる期間は、画像データに基づく表示を行っているわけではないためデッドタイムとなる。
【００２６】
上述した画素ずらしは、このデッドタイムの最中に行われることが理想的である。
【００２７】
しかしながら、デッドタイム中の消光比が悪い場合等には、ずらしている最中の画像が表示されてしまう。これにより、２つの画像フレームがつながってしまい、画像のコントラストが低下してしまう。
【００２８】
これに対し、１フレームの画像情報を一斉にクリアして一斉に２フレーム目の画像情報を表示することも可能であるが、ライトバルブの画素数が多くなると、一斉書き換えする場合に送信されるデータ量が多くなってしまい却って表示制御に時間を要することとなってしまう。
【００２９】
この対策として、１フレームの画像情報を複数のチャネルに分割して、並列処理することで書き換え時間を短縮するなどの工夫がなされる場合があるが、並列処理することにより信号処理系が複雑になってしまう。
【００３０】
このため、走査線毎に順次に書きかえる方式も広く採用されている。
【００３１】
また、特許文献１，２に記載されたいずれの技術においても、画素ずらし中の画像の移動については述べられていない。
【００３２】
さらに、上述したような近年の標準的な画像投影装置においても、画像をシフトさせている期間中にも画像が点灯表示されていることにより、定位置の画素像同士が繋がって見えてしまう。このような場合、画素像間の分離特性が下がり、解像度が劣化するという問題が生じる。
【００３３】
本発明の目的は、画素ずらしを行うことによる画質の低下を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
請求項１記載の発明の画像投影装置は、複数の画素を有して各画素の状態変化によって表示フレームを複数に分割したサブフレーム単位で画像を更新して表示する画像表示素子と、前記画像表示素子が表示する画像を照明する照明光学系と、前記照明光学系が照明する画像を投射面に投影する投影手段と、前記投影手段が投影する画像の投影位置を前記投射面内において前記画像表示素子が表示する画像を更新する更新期間内でずらす画素ずらし手段と、前記画像表示素子が表示する画像を更新する更新期間中に前記投射面に対する画像の投影を停止する投影停止手段と、を具備する。
【００３５】
したがって、画像表示素子が表示する画像を更新する更新期間中には投射面に対する画像の投影を停止し、この更新期間中に画像の投影位置をずらすことで移動中の画像が視認されてしまうことを防止することができる。
【００３６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の画像投影装置において、前記投影手段が直前に投影した画像を前記更新期間中残像として表示する残像表示手段を具備する。
【００３７】
したがって、更新期間中に直前に投影した画像の残像を表示することで、更新期間中に画像の投影を停止しても、画像の移動の前後で画像が暗くなってしまうことを防止することができる。
【００３８】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の画像投影装置において、前記投影停止手段は、前記画像表示素子が表示する画像を更新する更新期間中の前記画像表示素子を黒表示状態とする。
【００３９】
したがって、例えば、画像表示素子としてライトバルブを用いた場合に、ライトバルブを構成する各画素の動作時間による画像の移動が視認されてしまうことを防止することができる。
【００４０】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の画像投影装置において、前記投影停止手段は、前記画像表示素子が表示する画像を更新する更新期間中の前記照明光学系が照明する画像を前記投射面よりも前記照明光学系側で遮光する。
【００４１】
したがって、画像表示素子での表示画像の更新による画像の移動が視認されてしまうことと、表示画像が暗くなることとを同時に防止することができる。
【００４２】
請求項５記載の発明は、請求項２記載の画像投影装置において、前記残像表示手段は、前記投影面に設けられた発光材料である。
【００４３】
したがって、画像の投影が停止される更新期間中における停止直前に投影された画像の残像としての表示を発光材料によって実現することができる。
【００４４】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の画像投影装置において、前記発光材料の発光性能は、画像の投影が停止してから前記更新期間と同等時間発光可能に設定されている。
【００４５】
したがって、更新期間が終了して更新後の画像が表示される時点では残像が表示されないようにすることができる。
【００４６】
請求項７記載の発明は、請求項５記載の画像投影装置において、前記発光材料の発光性能は、投影光の波長が５００〜５６０ｎｍの範囲において画像の投影が停止してから前記更新期間と同等時間発光可能に設定されている。
【００４７】
したがって、比較的視覚に対する感度が高い波長帯で画像を残像させることができる。これによって、高い残像効果を得ることができ、見掛け上明るい画像が連続して表示されている状態を生成することができる。
【００４８】
請求項８記載の発明は、請求項２記載の画像投影装置において、前記残像表示手段は、前記投影面に設けられた蛍光材料である。
【００４９】
したがって、入手が容易な蛍光材料によって請求項２記載の発明の作用を得ることができる。これによって、新規に材料を開発するコスト等が不要となり、コスト面で優れた画像投影装置を提供することができる。
【００５０】
請求項９記載の発明は、請求項２記載の画像投影装置において、前記残像表示手段は、Ｒ・Ｇ・Ｂの各色を発光可能である単位残像表示領域を前記画像表示素子の各画素に対応させて複数配列した蛍光材料である。
【００５１】
したがって、カラーバランスの良好な残像を得ることができる。これによって、画素をずらすタイミングにおけるカラーバランスの変化を少なくすることができる。
【００５２】
請求項１０記載の発明は、請求項１記載の画像投影装置において、前記画像表示素子は、線順次に走査される走査線単位で画像を更新し、前記画素ずらし手段は、更新中の前記走査線の位置に対応する画像の投影位置を前記投射面内でずらし、前記投影停止手段は、更新中の前記走査線の位置に対応する画像の投影を停止する。
【００５３】
したがって、画素をずらしている間に画像の投影を停止する領域および投影停止時間の積算値を小さくすることができる。これによって、画像投影の停止による光量の損失を少なくし、より明るい画像を投影することができる。
【００５４】
請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の画像投影装置において、前記画素ずらし手段は、走査線単位での更新時間以内に画素ずらしを行う。
【００５５】
したがって、更新時間以内に画素ずらしが完了するため、移動中の画像が視認されてしまうことをより確実に防止することができる。
【００５６】
請求項１２記載の発明は、請求項１０記載の画像投影装置において、前記画像表示素子と前記投影面との間に設けられて前記画像表示素子が表示する画像が結像される中間像面を設け、前記画素ずらし手段は、前記中間像面に結像された画像の位置をこの中間像面内でずらす。
【００５７】
したがって、画像の投影を停止する領域と画像をずらす領域とを一致させることができる。これによって、画質の良好な画像を投影することができる。
【００５８】
請求項１３記載の発明は、請求項１０記載の画像投影装置において、前記画素ずらし手段は、隣接する複数本の走査線によって構成される更新単位領域に対応する画像の投影位置を前記投射面内でずらし、前記投影停止手段は、隣接する複数本の走査線によって構成される更新単位領域に対応する画像の投影を停止する。
【００５９】
したがって、画像の投影を停止する領域と画像をずらす領域とを一致させるための調整の精度を格別高くすることなく請求項９記載の発明の作用を得ることができる。これによって、画像投影装置の製造コストを大幅に低減することができる。
【００６０】
請求項１４記載の発明は、請求項１０記載の画像投影装置において、前記画像表示素子と前記投影面との間に設けられて前記画像表示素子が表示する画像が結像される中間像面を設け、前記画素ずらし手段は、前記中間像面に結像された画像の位置をこの中間像面に対し画像の投影方向に沿ってデフォーカスされた位置でずらす。
【００６１】
したがって、画素ずらし手段の配置位置の公差調整の精度を格別高くすることなく請求項１０記載の発明の作用を得ることができる。これによって、画像投影装置の製造コストを大幅に低減することができる。
【００６２】
請求項１５記載の発明は、請求項１ないし１４のいずれか一に記載の画像投影装置において、Ｎ個（Ｎは正の整数）のサブフレームに分割した１つ分の表示フレームを順次表示する１表示周期での表示順序を、第Ｍ周期目（Ｍは正の整数）と、第（Ｍ＋１）周期目において異ならせる表示位置制御手段を具備する。
【００６３】
したがって、画素ずらしによって発生するモアレ等の特定のノイズ成分を除去することができる。これによって、品質の高い画像を投影することができる。
【００６４】
請求項１６記載の発明は、請求項１ないし１４のいずれか一に記載の画像投影装置において、Ｎ個（Ｎは正の整数）のサブフレームに分割した１つ分の表示フレームを順次表示する１表示周期において、第Ｍ周期目の最後に表示されるサブフレームの表示位置と第（Ｍ＋１）周期目の最初に表示されるサブフレームの位置とを異ならせる表示位置制御手段を具備する。
【００６５】
したがって、ずらして表示する画像の明るさの時間的な均一性を高くすることができる。これによって、品質の高い画像を投影することができる。
【００６６】
請求項１７記載の発明の画像投影方法は、複数の画素を有して各画素の状態変化によって表示フレームを複数に分割したサブフレーム単位で画像を更新して表示する画像表示素子が表示する画像を照明光学系によって照明し、この照明画像を投影手段によって投射面に投影する際に、画像の投影位置を前記投射面内でずらすようにした画像投影方法において、前記画像表示素子が表示する画像を更新する更新期間中前記投射面に対する画像の投影を停止し、前記投影手段が直前に投影した画像を前記更新期間中残像として表示させるようにした。
【００６７】
したがって、画像表示素子が表示する画像を更新する更新期間中には投射面に対する画像の投影を停止し、この更新期間中に画像の投影位置をずらすことで移動中の画像が視認されてしまうことを防止することができる。また、更新期間中に直前に投影した画像の残像を表示することで、更新期間中に画像の投影を停止しても、画像の移動の前後で画像が暗くなってしまうことを防止することができる。
【発明の効果】
【００６８】
請求項１記載の発明の画像投影装置によれば、画像表示素子が表示する画像を更新する更新期間中には投射面に対する画像の投影を停止し、この更新期間中に画像の投影位置をずらすことで移動中の画像が視認されてしまうことを防止することができる。
【００６９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の画像投影装置において、更新期間中に直前に投影した画像の残像を表示することで、更新期間中に画像の投影を停止しても、画像の移動の前後で画像が暗くなってしまうことを防止することができる。
【００７０】
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の画像投影装置において、例えば、画像表示素子としてライトバルブを用いた場合に、ライトバルブを構成する各画素の動作時間による画像の移動が視認されてしまうことを防止することができる。
【００７１】
請求項４記載の発明によれば、請求項１記載の画像投影装置において、画像表示素子での表示画像の更新による画像の移動が視認されてしまうことと、表示画像が暗くなることとを同時に防止することができる。
【００７２】
請求項５記載の発明によれば、請求項２記載の画像投影装置において、画像の投影が停止される更新期間中における停止直前に投影された画像の残像としての表示を発光材料によって実現することができる。
【００７３】
請求項６記載の発明によれば、請求項５記載の画像投影装置において、更新期間が終了して更新後の画像が表示される時点では残像が表示されないようにすることができるので、品質の高い画像を投影することができる。
【００７４】
請求項７記載の発明によれば、請求項５記載の画像投影装置において、比較的視覚に対する感度が高い波長帯で画像を残像させることができるので、高い残像効果を得ることができ、見掛け上明るい画像が連続して表示されている状態を生成することができる。
【００７５】
請求項８記載の発明によれば、請求項２記載の画像投影装置において、入手が容易な蛍光材料によって請求項２記載の発明の作用を得ることができるので、新規に材料を開発するコスト等が不要となり、コスト面で優れた画像投影装置を提供することができる。
【００７６】
請求項９記載の発明によれば、請求項２記載の画像投影装置において、カラーバランスの良好な残像を得ることができるので、画素をずらすタイミングにおけるカラーバランスの変化を少なくすることができる。
【００７７】
請求項１０記載の発明によれば、請求項１記載の画像投影装置において、画素をずらしている間に画像の投影を停止する領域および投影停止時間の積算値を小さくすることができるので、画像投影の停止による光量の損失を少なくし、より明るい画像を投影することができる。
【００７８】
請求項１１記載の発明によれば、請求項１０記載の画像投影装置において、更新時間以内に画素ずらしが完了するため、移動中の画像が視認されてしまうことをより確実に防止することができる。
【００７９】
請求項１２記載の発明によれば、請求項１０記載の画像投影装置において、画像の投影を停止する領域と画像をずらす領域とを一致させることができるので、画質の良好な画像を投影することができる。
【００８０】
請求項１３記載の発明によれば、請求項１０記載の画像投影装置において、画像の投影を停止する領域と画像をずらす領域とを一致させるための調整の精度を格別高くすることなく請求項１０記載の発明の効果を得ることができるので、画像投影装置の製造コストを大幅に低減することができる。
【００８１】
請求項１４記載の発明によれば、請求項１０記載の画像投影装置において、画素ずらし手段の配置位置の公差調整の精度を格別高くすることなく請求項１０記載の発明の効果を得ることができるので、画像投影装置の製造コストを大幅に低減することができる。
【００８２】
請求項１５記載の発明によれば、請求項１ないし１４のいずれか一に記載の画像投影装置において、画素ずらしによって発生するモアレ等の特定のノイズ成分を除去することができるので、品質の高い画像を投影することができる。
【００８３】
請求項１６記載の発明によれば、請求項１ないし１４のいずれか一に記載の画像投影装置において、ずらして表示する画像の明るさの時間的な均一性を高くすることができるので、品質の高い画像を投影することができる。
【００８４】
請求項１７記載の発明の画像投影方法によれば、画像表示素子が表示する画像を更新する更新期間中には投射面に対する画像の投影を停止し、この更新期間中に画像の投影位置をずらすことで移動中の画像が視認されてしまうことを防止することができ、また、更新期間中に直前に投影した画像の残像を表示することで、更新期間中に画像の投影を停止しても、画像の移動の前後で画像が暗くなってしまうことを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８５】
本発明を実施するための最良の形態について図１ないし図１２を参照して説明する。本実施の形態は、画像投影装置への適用例を示す。
【００８６】
図１は、本発明の一実施の形態の画像投影装置全体の光学系構成を示す概略図である。画像投影装置1は、ランプ光源２、ＩＲフィルタ３、インテグレータ４，５によって構成されるインテグレータ光学系６、ミラー７、投影停止手段としての遮光手段８、波長板９、偏光ビームスプリッタ（以降、ＰＢＳとする）１０、ダイクロイックミラー１１、画像表示素子としての反射型のライトバルブ１２（１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ）、画素ずらし手段１３、および、投影手段としての投影光学系１４を備えている。本実施の形態では、ランプ光源２、ＩＲフィルタ３、インテグレータ光学系６、ミラー７、波長板９、ＰＢＳ１０、ダイクロイックミラー１１等によって照明光学系が実現されている。
【００８７】
図１中符号１５は、画像投影装置１によって画像が投影される投影面としてのスクリーンである。このスクリーン１５には、後述する画像投影における画素ずらしに際し、画素ずらしを行う領域において残像が表示されるように、照射された光に応じて発光する発光材料が設けられている。ここに、残像表示手段が実現されている。なお、本実施の形態では、発光材料を設けるようにしたが、これに限るものではなく、照射された光に応じて蛍光を発する蛍光材料を設けるようにしてもよい。
【００８８】
なお、本実施の形態では、ランプ光源２とインテグレータ４との間にＩＲフィルタ３を設けたが、これに限るものではなく、ＩＲフィルタ３に代えてランプ光源２とインテグレータ４との間に図示しないＵＶカットフィルタを設けてもよい。また、ランプ光源２とインテグレータ４との間に、ＩＲフィルタとＵＶカットフィルタとを併設してもよい。
【００８９】
インテグレータ光学系６は、ランプ光源２から発光された光の照度の空間分布を均一化した照明光束を生成する。この照明光束は、後段の遮光手段８に向けて照射する。
【００９０】
また、本実施の形態では、光路を折返すためにインテグレータ４とインテグレータ５との間にミラー７を配置したが、このミラー７は必ずしも設ける必要はない。
【００９１】
遮光手段８は、後述する画像の投影に際して、インテグレータ光学系６から照射される照明光束を適宜遮光する機能を有する。遮光手段８としては、例えば、後述するライトバルブ１２と同様の構成を有して、ライトバルブ１２における複数の画素に対応させた複数の画素を有する液晶パネル等によって実現することができる。なお、このような液晶パネルについては、公知の技術であるため説明を省略する。
【００９２】
ここで、図２は、遮光手段８の別の一例を示す説明図である。図２に示す遮光手段８は、周期的に設けられた透光領域１６と遮光領域１７とを備えており、透光領域１６と遮光領域１７とをランプ光源３からの発光光路上を交互に通過させることが可能な構成となっている。画像の投影に際しては、透光領域１６と遮光領域１７とを交互に移動させることで、透光領域１６と遮光領域１７とを時間的に移動させることができる。透光領域１６と遮光領域１７とは、ライトバルブ１２上において画像更新している走査線の位置と遮光領域を一致させ、画像更新する走査線の移動速度と遮光手段８の遮光領域の移動速度を同期させる。このとき、遮光位置および速度の同期を調整する機構を付加することが好ましい。なお、図２において、図示される遮光領域１７は、紙面垂直方向に対して連続的であり、その長さは少なくともライトバルブ１２の走査線の長さ以上に設定されている。また、走査線の方向も同様に紙面垂直方向である。
【００９３】
また、特に図示しないが、遮光手段８としては、渦巻き状に遮光領域を設けた円盤を回転させて遮光領域１７を移動させるようにしてもよい。
【００９４】
波長板９は、インテグレータ光学系６から照射される照明光束に偏光性を与え、直線偏光に変換する。本実施の形態では、説明の便宜上Ｐ偏光に変換するものとする。
【００９５】
ＰＢＳ１０は、入射光束の偏光方向に応じて入射光束を反射させたり透過させたりする。本実施の形態では、Ｐ偏光を反射しＳ偏光を透過させるものとする。
【００９６】
ダイクロイックミラー１１は、ＰＢＳ１０からの照明光を赤、緑、青の３波長に色分解する。公知の技術であるため説明を省略するが、ダイクロイックミラー１１は、ＰＢＳ１０側からの入射光を青または赤とその他の色とに分離し、ライトバルブ１２側からの入射光を緑と赤または緑と青とに色分解する。本実施の形態では、単一のダイクロイクミラー１１によって照射光を３波長に色分解することができる。
【００９７】
なお、本実施の形態のように、照射光を赤、緑、青の３波長に分解する単一のダイクロイックミラー１１に限るものではなく、図示しない２種類のダイクロイックミラーを使って３波長に色分解することも可能である。例えば、前段のダイクロイックミラーにおいて青または赤とその他の色とに分離し、後段のダイクロイックミラーでは緑と赤または緑と青とに色分解することが可能である。
【００９８】
ライトバルブ１２（１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ）は、図３に示すように、縦横に画素開口が配列された構成をもっている。なお、図３では、画素開口間の隙間は省略している。本実施の形態のライトバルブ１２は、縦方向にｍ個配列され、横方向にｎ個配列された複数の画素を有している。本実施の形態に用いる反射型のライトバルブ１２としては、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）が好適である。
【００９９】
図示を省略するが、ライトバルブ１２には、ライトバルブ１２における各画素の動作を制御する表示制御手段が接続されている。後述する画像投影に際しては、この表示制御手段により各ライトバルブ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂにおける各画素の動作を制御することによりサブフレーム単位で画像を表示することを可能としている。公知の技術であるため説明を省略するが、サブフレームとは、単一の表示フレームを複数に分割したときの分割された各フレームを示しており、表示フレームの画像密度よりも低い画像密度を有する。
【０１００】
本実施の形態では、後述する画像の投影に際して、表示制御手段の制御によってライトバルブ１２における走査線を線順次に走査することで画像を更新する。また、本実施の形態では、図３中左右方向に並ぶｎ個の画素からなる画素列、あるいは、図３中上下方向に並ぶｍ個の画素からなる画素列を走査線とする。
【０１０１】
ライトバルブ１２は、ダイクロイックミラー１１で色分解された光束がライトバルブを良好に照明することができるように、ダイクロイックミラー１１に近接配置されている。ダイクロイックミラー１１で分離される３色の光に対応する各々のライトバルブ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂは、シフト、チルト調整が可能であることが望ましい。
【０１０２】
ＰＢＳ１０で反射されてダイクロイックミラー１１を透過し、ダイクロイックミラー１１でＲ・Ｇ・Ｂの各色の照明光に分光されて、対応するライトバルブ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂを照明したＲ・Ｇ・Ｂの各色の照明光は、各ライトバルブ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂで反射される際にＳ偏光に偏光変換され、ダイクロイックミラー１１を介して再度ＰＢＳ１０に入射する。
【０１０３】
ここで、ライトバルブ１２で反射されてダイクロイックミラー１１を透過した照明光はＳ偏光に偏光されているため、ＰＢＳ１０を透過して画素ずらし手段１３に入射する。
【０１０４】
画素ずらし手段１３は、ライトバルブ１２が有する各画素に対応させて配置された複数の図示しない画素ずらし素子を備えている。各画素ずらし素子は、入射光の光路をシフトさせて出力させる機能を有する。
【０１０５】
画素ずらし素子としては、例えば、図４に示すような画素ずらし素子１８を用いることが可能である。ここで、図４は、画素ずらし素子１８の構成を模式的に示す断面図である。画素ずらし素子１８は、各々液晶層１９を間にして上下対称となるように積層された誘電体層２０、透明電極２１、接着層２２、および透明基板２３を有している。透明電極２１は、図４中紙面表裏方向に連続的に延出している。画素ずらし素子１８においては、透明電極２１と接着層２２との屈折率差が小さいほどよい。液晶層１９は、応答速度が速いことから、垂直配向型の強誘電性液晶がスイッチングに好適である。
【０１０６】
本実施の形態の画素ずらし素子１８においては、ストライプ状の透明電極２１を液晶層１９の層厚方向に対向配置させることで電圧を印加するようにしているが、透明電極２１のストライプのパターンの周期は、対向する上下（ないし前後）でハーフピッチずらして構成した方が、液晶層中に発生する電位差の均一性を向上させることができる。
【０１０７】
また、液晶層１９は透光性を有する透明電極２１で挟む構造となるが、液晶層１９と透明電極２１の間に誘電体層２０を入れることにより、電位差の面内均一性を向上させることができる。本実施の形態では、対向する透明電極２１間は分割抵抗接続して面内方向に等電位がかかるようにしている。
【０１０８】
このような画素ずらし素子１８では、上下の透明電極２１間に電圧を印加して液晶層１９に電位差を発生させることにより、液晶の配向方向を制御する。液晶の配向方向は、印加電圧によって２値的に応答させることが可能である。そして、１層の液晶層１９による複屈折効果は１軸方向の光軸シフトないしチルトを生成するため、２層の液晶層の各々の複屈折方向を直交に配置させることで、２軸方向への画素ずらしが可能である。
【０１０９】
画素ずらし手段１３には、各画素ずらし素子１８を駆動制御する図示しない光路シフト制御回路が接続されている。後述する画像の投影に際しては、光路シフト制御回路によって各画素ずらし素子１８の液晶層１９に対して印加する電圧を調整し、液晶の配向方向を制御することにより所定領域の画素ずらしを行う。
【０１１０】
液晶層１９に対して電圧を印加した状態で画素ずらし素子１８に光が入射すると、液晶の複屈折特性によって異常光成分が偏向作用を受け、光路がシフトして液晶層を抜ける。ここで、図５は、液晶層に入射した光線の異常光線の光路を模式的に示す説明図である。図５に示すように、液晶層１９からの出射光線は、液晶層１９中で偏向されて、入射光線に対してシフトされて出射される。なお、この現象については、公知の技術であるため説明を省略する。
【０１１１】
後述する画像投影に際し、画像ずらし手段１３は、光路シフト制御回路によって駆動制御されてライトバルブ１２での表示画像の切り替えに対応させて、各画素ずらし素子１８を動作させる。これにより、ライトバルブ１２に表示される表示画像の画像光路をシフトすることができる。
【０１１２】
画素ずらし素子１８による光路シフトは、例えば、画素ずらし素子１８の動作を制御するシフト信号がｌｏｗのときにある一つのシフト位置に対応する動作状態となり、シフト信号がｈｉｇｔｈのとき他方のシフト位置に対応する動作状態となるように制御される。画素ずらし素子１８での光路シフト動作によるシフト量は、与えられるシフト信号によって変化させることができる。
【０１１３】
このような画素ずらしによって表示される画素の像の位置は、例えば、ｘ方向およびｙ方向の２軸方向に移動させて表示させる場合、画素の像の位置を４箇所に存在させることが可能となる。
【０１１４】
なお、画素ずらし素子は、図４に示す画素ずらし素子１８に限るものではなく、公知の各種技術を用いることが可能である。画素ずらし手段１３としては、ライトバルブ１２からの画像光路をシフトさせることが可能な画素ずらし手段１３であれば公知の各種画素ずらし素子１８を有する画素ずらし手段を用いることが可能である。例えば、プリズムやミラーのあおり回転によって画素ずらしを行ってもよい。
【０１１５】
投影光学系１４は、ライトバルブ１２が表示する画像を投影面上に結像させる機能を実現する。本実施の形態の投影光学系１４は、レンズによって実現されている。投影光学系１４は、レンズ以外にも反射光学系を用いることも可能である。
【０１１６】
このような画像投影装置１では、画像の投影に際し、表示制御手段によって、ライトバルブ上にあるサブフレームの画像を表示させている状態から、次に表示させるサブフレームの画像に切り替えるまでの期間に、次のサブフレームの表示画像情報をフレームバッファから読み出して更新する。また、ライトバルブが１サブフレームの画像を表示する毎に、画素ずらし手段によって、ライトバルブ上の各々の画素の投影面における投影位置がずらされるように画素ずらしを行う。このとき、ライトバルブ上に表示されるサブフレームの画像は、上述したように、縦横２方向へずらすことで計４箇所へ移動させることが可能である。
【０１１７】
表示制御手段による表示画像の更新は、ライトバルブ上の走査線単位で、走査線番号にしたがって走査線順次に行われる。例えば、走査線番号を１，２，３・・・とするとき、サブフレームの画像は走査線番号１から順に更新される。このため、走査線番号２の画像の更新が開始される時刻は、走査線番号１の画像の更新が開始される時刻より少し遅延している。
【０１１８】
ここで、図６は、走査線順次的に画像が更新される様子を示す説明図である。図６に示すように、あるサブフレーム＃Ｎの画像が最初に更新される走査線の更新開始時刻Ｔ１は、このサブフレーム＃Ｎの画像が最後に更新される走査線の更新開始時刻Ｔ２よりも早い時刻となる。
【０１１９】
このサブフレーム＃Ｎの更新は走査線毎に完了していくが、最初に更新が終了する走査線における更新終了時刻Ｔ３は、更新されるサブフレームにおいて最後に更新が終了する走査線における更新終了時刻Ｔ４より早い。
【０１２０】
すなわち、一般的に表現するならば、走査線番号Ｎ＋１の画像の更新が開始される時刻は、走査線番号Ｎの画像の更新が開始される時刻より遅延している。
【０１２１】
なお、各走査線が画像の更新に要する時間は同じである。このため、各走査線の画像の更新が完了する時刻についていえば、走査線番号Ｎ＋１の完了時刻は、走査線番号Ｎの完了時刻よりも遅延している。
【０１２２】
従来の画像投影装置では、時刻Ｔ１から時刻Ｔ４の間に画素ずらしを行うようにしている。
【０１２３】
ところで、図６から判るように、最後に画像更新が開始される走査線は時刻Ｔ１の時点ではまだサブフレーム＃Ｎの画像を表示している。このため、時刻Ｔ１〜Ｔ２の間に画素ずらしを行うと、画像が順次更新されている様子（以降、画像が移動する状態とする）が投影されてしまうことになる。
【０１２４】
また、図６から判るように、時刻Ｔ２の時点では、最後に更新が終了する走査線における表示画像の更新が完了していない。このため、この走査線位置では何も表示することができない。
【０１２５】
一方、最初に画像更新が開始される走査線においては、時刻Ｔ１〜Ｔ３の間は表示する画像がなく、時刻Ｔ４のときには次のサブフレーム＃Ｎ＋１の画像を表示しているので、時刻Ｔ３〜Ｔ４の間に画素ずらしを行うと、その画像が移動する状態が表示されてしまう。
【０１２６】
また、時刻Ｔ３〜Ｔ４の間に画素ずらしを行うと、最初に画像更新が開始される走査線においては時刻Ｔ１〜Ｔ３の間画像を表示できない。
【０１２７】
さらに、時刻Ｔ１〜Ｔ２の間に画素ずらしを行うと、最後に画像更新が完了する走査線においては時刻Ｔ２〜Ｔ４の間画像を表示できない。
【０１２８】
図７は、従来の画像投影装置におけるタイミングで表示画像の更新を行った場合の表示輝度の変動を示すグラフである。図７において、縦軸は画面の明るさ、横軸は時刻である。図７には、最初に画像更新が開始される走査線の状態を示している。図７中時刻Ｔ５は、最初に画像更新が開始される走査線において、サブフレーム＃Ｎ＋１の画像の表示を開始する時刻である。図７に示すように、時刻Ｔ１〜Ｔ５の間においては、何の画像も表示されない。このような何の画像も表示されない状態は、各走査線において生じる。このため、画像更新期間中は、画面が暗くなってしまう。サブフレーム毎に表示開始時と終了時に画面の明るさが漸次的に変化するこのような特性は、ライトバルブの応答速度に起因するものである。これらの場合、画像が表示されていないところが多く残るので画像が暗くなってしまう。
【０１２９】
これに対し、本実施の形態では、図８に示すように、最初に画像更新が開始される走査線の画素ずらしを時刻Ｔ１に開始し、時刻Ｔ２で終了するように画素ずらし手段を制御する。また、最後に画像更新が完了する走査線の画素ずらしを時刻Ｔ３に開始し、時刻Ｔ４で終了するように画素ずらし手段を制御する。最初に画像更新が開始される走査線と最後に画像更新が完了する走査線との間の走査線については、走査線順次にしたがい、各走査線の画素ずらしの開始時刻が時刻Ｔ１と時刻Ｔ３とを結ぶ線上に位置し、各走査線の画素ずらしの終了時刻が時刻Ｔ２と時刻Ｔ４とを結ぶ線上に位置するように画素ずらし手段を制御して画素ずらしを行う。
【０１３０】
具体的に、本実施の形態では、サブフレーム＃Ｎに相当する位置の表示画像の更新を行っている時間帯において、サブフレーム＃Ｎに対応する領域を照明する光束を遮光する。このとき、光束が遮光されている時間は、サブフレーム＃Ｎの画像の更新が開始されてから終了するまでの時間とほぼ同一になるようにする。光束を遮光するタイミングと遮光されるエリアとは、ライトバルブ１２上で画像の情報が更新されるタイミングと更新されるエリアとに対応する。
【０１３１】
また、サブフレーム＃Ｎに相当する位置の表示画像の更新を行っている時間帯において、ライトバルブ１２によって黒画像を表示させるように制御してもよい。これにより、不具合が解消する。ただし、この場合、画素ずらし中は画像が表示されない状態であるので、その間画面は暗くなる。
【０１３２】
本実施の形態では、スクリーン１５に発光材料が設けられているため、上述した画素ずらしを行う間、画素ずらしを行う領域において残像が表示されている状態となる。これによって、画素ずらし動作中の領域における画像を表示していない期間中、その領域における画像が抜け落ちてしまうことがない。
【０１３３】
すなわち、実際の発光は、サブフレーム＃Ｎの表示を完了させる時刻からサブフレーム＃Ｎの画像は次第に暗くなり時刻Ｔ１で表示されなくなるが、本実施の形態のように、画素ずらしを行う間画素ずらしを行う領域において残像が表示されている状態とすることで、図９に示すように、サブフレーム＃Ｎ＋１の表示が開始されるまでの間、時刻Ｔ５を超えて時刻Ｔ６までの間、サブフレーム＃Ｎの画像の残像が破線で示すように発光しつづけるので画像が表示されていない時間をなくすことができる。これにより、更新期間中の表示画面を明るくすることができる。
【０１３４】
ところで、残光の効果を得る手段としては、スクリーンに発光材料を設ける他に、投影スクリーン面上には蛍光材料を使用し、照明光の照射によって得た光によって遮光時に蛍光材料が発光するようにした。ホスファーによる発光原理は古くからＣＲＴに用いられているが、本発明においてはこの発光機能を上に説明した遮光期間中に補助的に用いることで表示が途切れることを回避するというものである。
【０１３５】
ＣＲＴにおいて明らかなように、発光色は各画素がＲＧＢの３原色からなる画素のマトリクスがあることが最も望ましい。ＲＧＢ各色の発光領域から成る１画素において、ＲＧＢ各色の発光領域は、例えば、図に例示されるように走査線方向に各発色領域が並べて構成することができる。それ以外にも、走査線列方向に並べてもよいし、１画素領域を縦横のマトリクスに分割して、ＲＧＢ領域をチェッカー状に配置してもよい。ＲＧＢ各色の発光領域は、ＲＧＢ各々の波長成分に対して光吸収反応して発光する。例えば、Ｒの発光領域はＲの波長を感受して発光する。また、ＲＧＢ各色の領域が画素間が連続するような構成も可能であるが、画素間が連続している場合、例えば、Ｒが発光している画素を考えるとき、その画素に隣接する画素がＲを発光しないようにしたい場合にも、発光領域が連続しているために非照射領域すなわち隣接画素領域がある程度光反応して発光することがある。
【０１３６】
ここで、特に比視感度の高いグリーンの波長帯のみのホスファーでスクリーン上に画素のマトリクスを構成しても、表示する画像によっては、画素の形状的情報を違和感なく再生できる場合があり、このような用途においては、スクリーンにかかるコストを下げる効果が得られる。
【０１３７】
このように、残像が表示されている状態において、照明光を遮光して画素ずらしを行えば、画素ずらしされている画像を表示させないようにできる。
【０１３８】
画素ずらしに妻子画素ずらし手段１３は、ライトバルブ１２における表示画像の更新のタイミングと画素ずらしを行うエリアとの同期を取り、ライトバルブ上の１走査線上の画素列をずらすタイミングを、ライトバルブ上の１走査線上の画素に表示する画像を更新するタイミングに一致させる。
【０１３９】
このような画素ずらし手段１３の機能を実現するためには、実用上、画素ずらし手段１３を設ける位置において、照明光が含むライトバルブ上の画素の情報が空間的に分離されている必要がある。
【０１４０】
なお、画像投影装置１においては、ライトバルブ１２と画素ずらし手段１３との間にリレーレンズ３０を設けるようにしてもよい。例えば、図１０に示すように、ＰＢＳ１０と画素ずらし素子１８との間にレンズを設ける場合、画素ずらし手段１３は、レンズによってライトバルブ１２上の各画素が空間的に分離している面（以降、中間像面とする）に位置するように配置する。すなわち、このレンズによって、ライトバルブが表示する画像の中間像の焦点が画素ずらし手段上であうように調整することができるので、画像の投影を停止する領域と画像をずらす領域とを一致させることができ、画質の良好な画像を投影することができる。
【０１４１】
ところで、画素の移動が完了した時点で移動前の画素の像が消えていない場合、移動前の画素と移動後の画素の像の両方が見えてしまうことなる。これに対し本実施の形態では、スクリーン１５に設ける発光材料の発光性能を調整し、画素ずらしを行う領域で当該画素ずらし動作が完了したタイミングで残像が消滅するように遮光タイミングを調整することにより、画素ずらし動作中の画像の移動を防止するとともに、画素ずらし動作後の更新画像を良好に視認することができる。
【０１４２】
ここで、残光で見えている移動前の画素の像の明るさが減衰していって、移動後の像に対して相対的に暗いものになっていれば、残光の像による画質の瞬時的な劣化の度合いは少なくなる。サブフレーム＃Ｎ＋１の画像が表示される時点におけるサブフレーム＃Ｎの残像の明るさは、サブフレーム＃Ｎ＋１の画像の像の明るさに対し５％以下に減衰していることが好ましい。
【０１４３】
このように、本実施の形態によれば、画素ずらしによって表示画素数を増加させ、表示画像の解像度を高くすることができ、また、この画素ずらしにおける移動中の画素は表示されないので、画素がつながって解像度が劣化するという現象を防止することができる。
【０１４４】
また、画素の移動中における遮光領域を限定して移動させているので、全面を一斉に遮光する場合よりも遮光による光量ロスを少なくすることができ、表示画像を明るくすることができる。
【０１４５】
サブフレーム＃Ｎから＃Ｎ＋１への画像の更新期間中に一斉に遮光する場合、図６の時刻Ｔ１〜Ｔ４の間全面遮光することになるが、表示スクリーンに設けられた発光材料によって残像が見えているので、遮光期間中に画像が暗くなるという不具合を解消することができる。
【０１４６】
また、このように一斉遮光する場合、画素ずらしを行う領域を移動させる必要がないので、画素ずらし手段の配置の制約を緩和することができ、ライトバルブの画素の中間像位置以外に配置可能である。また、走査線単位でタイミング調整して画素ずらしを行う必要がなくなるので、素子の構成・動作を簡易化することができる。
【０１４７】
さらに、遮光されているタイミングにおいては、発光材料の機能により移動前の画素の像は見えているので、更に明るい画像を表示することができるようになる。
【０１４８】
ところで、ライトバルブ１２上の画素列から成る走査線単位で遮光の位置とタイミングを合わせ、かつ、画素ずらしする画素の位置とタイミングを合わせることに伴う調整コストを軽減するためには、ライトバルブ１２上の画素列から成る走査線を互いに隣接する複数本単位を１つの領域と考え、この領域に対して遮光と画素ずらしの動作を同期させるようにするとよい。
【０１４９】
この場合においても遮光領域の移動速度は上述の場合と同様であるが、遮光エリアが広くなるので遮光領域の調整コスト低減することができる。また、画素ずらしを走査線単位で時分割的に行う必要がないので、複数本単位の走査線群に対応する領域に対して一斉に画素ずらしを行う。
【０１５０】
このような場合においては、画素ずらし手段１３は必ずしも、ライトバルブ１２の中間像面位置と厳密に一致していなくてもよくなる。中間像面に対し、光軸方向の前後にデフォーカスさせた空間上において、ライトバルブ１２の走査線単位の空間分離性能は次第に劣化していくが、中間像面の近傍においては、ここで対象と考えている走査線群レベルの像情報は分離されているので、走査線群単位の画素ずらしが可能であり、かつ、画素ずらし手段１３を設ける位置のデフォーカスズレの許容量を広くとれるようになる。
【０１５１】
画素ずらしをする方向はスクリーン面をＸＹ面にとる場合、±Ｘ方向、±Ｙ方向、その組合せ、斜め方向（Ｘ方向に±４５度、Ｙ方向に±４５度）などのバリエーションが可能である。
【０１５２】
画素ずらしをライトバルブの走査線群単位で行う場合には、液晶層を走査線方向に伸びる壁によって分離した構造とし、分離された各々の領域に対して独立に電圧の印加調整手段を設ける。
【０１５３】
ところで、本実施の形態では、各画素の像の位置を４箇所に存在させることが可能である。
【０１５４】
ここで、図１１は、上述した画素ずらしによってある画素が取り得る４つの表示位置によって形成される画像表示エリアを示している。この画像表示エリア２４は、スクリーン１５上に形成される。図１１に示すように、スクリーン１５に投影される各画素は、それぞれ計４箇所への移動が可能である。なお、ここでは、説明の簡略化のため、画像の移動を画素単位で説明しているが、画像の移動については図１１に示す画像表示エリアを縦方向および横方向に複数配列することで説明可能であるためここでは省略する。
【０１５５】
ある画素が取り得る画素位置を、座標（ｉ,ｊ）の形態で示す場合、本実施の形態では、（１,１），（１，２），（２，１），（２，２）と表すことができる。ある画像表示エリア２４における画素の画素ずらしによる表示位置の移動順序を、（１，１）→（１，２）→（２，２）→（２，１）とする場合、本実施の形態の画像投影装置１は、（１，１）から（１，２）に表示位置を移動させている間（１，１）の画素を発光させ、（１，２）の画素が表示可能な状態になったときに（１，１）の画素における発光を減衰させて消失するようにしている。（１，２）→（２，２）、（２，２）→（２，１）、（２，１）→（１，１）の移動時についても同様の原理が適用され、表示移動中には一つ前の表示位置の画像の残像が常に見えている。
【０１５６】
このように、画素の像の位置を４箇所に存在させることを可能とする本実施の形態の画素ずらし手段１３においては、画素ずらしに際し、移動可能な４箇所の像の位置に対して画像を形成する各画素の位置を順次移動させて表示する場合に、常に同じ順序で表示させると画面上に特定の模様が見えることがある。
【０１５７】
本実施の形態では、画素ずらし手段１３による単一の画素の移動表示位置が４箇所であるが、この４回の移動表示を１周期と考えると、少なくとも前後の周期間で表示する順序は異なるようにする。すなわち、（１，１）→（１，２）→（２，２）→（２，１）の順序で画素の画素ずらしを行なうようにＭ番目の周期が設定されている場合、この表示フレームの次に表示するＭ＋１番目の周期における表示フレームの移動順序を（２，１）→（２，２）→（１，２）→（１，１）とする。ここに、表示位置制御手段としての機能が実現される。
【０１５８】
ただし、Ｍ番目の表示周期の最後に表示する画素位置とＭ＋１番目の表示周期の最初に表示する位置とを同一にすると、局所的に明るさが増して見えるので、これらの位置は異なるように配慮するのがよい。例えば、第Ｍ周期目における表示位置の移動が（１，１）→（１，２）→（２，２）→（２，１）であるとき、第Ｍ＋１周期目の最初に表示する位置は、第Ｍ周期目における最後の表示位置（１，２）でないように制御される。ここに、表示位置制御手段としての機能が実現される。
【０１５９】
なお、本実施の形態では、画像表示エリア２４は、図１１に示すように領域分割したが、これに限るものではなく、例えば、図１２に示すように分割するようにしてもよい。図１２では、１画素の移動可能素領域が走査線方向（図の横方向）に３つの領域に分割された画像表示エリア２４’を示している。画像表示エリア２４’は、各々の領域に対応する位置に、Ｒ，Ｇ，Ｂを発色することが可能な発光材料によって形成されており、この画像表示エリア２４’に対してＲ，Ｇ，Ｂの３波長成分を有する光が照射されると、各々の波長の照明光に対して、上記の発光部が短時間発光し、３波長が合成された色が残光として表示される。
【０１６０】
これにより、画素ずらし動作をしている領域における画像光は、画素ずらし動作中は遮光されていることとなる。人間の目で分離して視認可能な速度以上の速度で表示画像の更新を行うことにより、画素ずらし動作のために画素ずらし動作を行う領域の光束を遮断した場合にも、画素ずらしをする前の画素の残光が生じ、残像として存在する。
【図面の簡単な説明】
【０１６１】
【図１】本発明の一実施の形態の画像投影装置全体の光学系構成を示す概略図である。
【図２】遮光手段の別の一例を示す説明図である。
【図３】ライトバルブにおける画素の配列を説明する概略図である。
【図４】画素ずらし素子について説明する概略図である。
【図５】液晶層に入射した光線の異常光線の光路を模式的に示す説明図である。
【図６】走査線順次的に画像が更新される様子を示す説明図である。
【図７】従来の画像投影装置におけるタイミングで表示画像の更新を行った場合の表示輝度の変動を示すグラフである。
【図８】本実施の形態の画像投影装置において走査線順次的に画像が更新される様子を示す説明図である。
【図９】本実施の形態の画像投影装置におけるタイミングで表示画像の更新を行った場合の表示輝度の変動を示すグラフである。
【図１０】本発明の別の実施の形態の画像投影装置の一部を示す概略図である。
【図１１】画素ずらしによってある画素が取り得る４つの表示位置によって形成される画像表示エリアを示す説明図である。
【図１２】別の画像表示エリアを示す説明図である。
【符号の説明】
【０１６２】
１      画像投影装置
２      照明光学系
８      投影停止手段
１２      画像表示素子
１３      画素ずらし手段
１４      投影手段
【図１】
2005057457.tif 000003
【図２】
2005057457.tif 000004
【図３】
2005057457.tif 000005
【図４】
2005057457.tif 000006
【図５】
2005057457.tif 000007
【図６】
2005057457.tif 000008
【図７】
2005057457.tif 000009
【図８】
2005057457.tif 000010
【図９】
2005057457.tif 000011
【図１０】
2005057457.tif 000012
【図１１】
2005057457.tif 000013
【図１２】
2005057457.tif 000014