(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を射出する照明手段と、当該照明光を空間変調する複数の画素を有する画像表示用素子とを備え、当該画像表示用素子の出力画像を像形成光学素子により表示する画像表示装置において、
画像フィールドを構成する第１サブフィールドから第４サブフィールドまでの４つのサブフィールド毎に前記像形成光学素子の光軸に対する前記画像表示用素子の位置を画素配列面と略平行な方向に変位させる変位手段と、初めの第１サブフィールドから第４サブフィールドまでを第１フレームのみにより構成してその後の各サブフィールドを第２フレームから第４フレームまでの３つのフレームにより構成し、前記照明光は前記第１フレームから前記第４フレームまでは強度プロファイルを順に８、４、２、１とし、且つ、初めは、第１サブフィールドから第４サブフィールドまでを第１フレームのみ配置し、その後、第１サブフィールドと第２サブフィールドをそれぞれ、第２フレームから第４フレームまでの３つのフレームのみ順番に配置して、その後、第３サブフィールドを第４フレーム、第３フレーム及び第２フレームの３つのフレームの順番で配置して前記第２サブフィールドとは逆のフレーム順序で配置して、その後、第４サブフィールドを第２フレームから第４フレームまでの３つのフレームを順番に配置することで、前記画像表示用素子の位置が前記第２サブフィールドから前記第３サブフィールドに変位する際の前記第２サブフィールドと前記第３サブフィールドの輝度が等しい照明光とする照明光制御手段と
を有することを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像情報に従って光を制御可能な複数の画素を有する画像表示用素子の出力画像を像形成光学素子により表示する画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像情報に従って光を制御可能な複数の画素を有する小型の画像表示用素子の出力画像を像形成光学素子により表示する画像表示装置としては、フロントプロジェクタ、リアプロジェクタ、ヘッドマウンテッドディスプレイ等の商品名で広く使用されている。この画像表示用素子としては、ＣＲＴ、液晶パネル、ＤＭＤ（商品名：テキサスインストルメント社：米国）等が商品として使用されており、また、無機ＥＬ、無機ＬＥＤ、有機ＬＥＤ等も研究されている。
【０００３】
また、小型の画像表示用素子の出力画像をレンズで拡大した画像を観察するのではなく、画像表示用素子の出力画像を等倍で観察する画像表示装置としては、既述のＣＲＴ、液晶パネル、無機ＥＬ、無機ＬＥＤ、有機ＬＥＤ以外に、プラズマディスプレイ、蛍光表示管等が商品として使用されており、また、ＦＥＤ（フィールドエミッションディスプレイ）、ＰＡＬＣ（プラズマアドレッシングディスプレイ）等も研究されている。これらは、自発光型と空間光変調器型の２つに大きく分類されるが、いずれも光を制御可能な複数の画素を有するものである。
【０００４】
これらの画像表示装置に共通する課題は、高解像度化、つまりは大画素数化であり、プロードキャストの表示を目的とした走査線１０００本程度のＨＤＴＶ用の画像表示装置が既に商品化され、ワークステーションコンピュータの高解像度表示を目的とした走査線２０００本程度の開発品が、液晶パネルを用いた技術で発表されている（‘９８フラットパネルディスプレイ展にて日本ＩＢＭ社のＱＳＸＧＡ２０４８本、‘９８電子ディスプレイ展にて東芝社のＱＵＸＧＡ２４００本等）。しかしながら、画素数を増加させることは、液晶パネルの歩留まりを低下させ、また、開口率を減少させることなどにより、コストが増加したり、輝度やコントラストが低下したり、消費電力が増加したりしていた。
【０００５】
従来の複数の画像表示用素子を用いて２倍以上に大画素数化する方式としては、特許文献１、特許文献２に記載されているものなどがある。これらは、複数の画像表示用素子を光学的に互いにずれた位置に配置し、各画像表示用素子は画素を互いの画素の隙間となる位置に配置している。しかしながら、これらは、複数の画素間の位置合わせが困難であり、また、画像表示用素子を複数枚使用することからコストアップになったり、大きな投射レンズが必要となったりしていた。
【０００６】
これらの問題に対して、特許文献３、特許文献４、特許文献５等には、単一の画像表示用素子を用いて２倍の画素数を有するインターレース表示を行う画像表示装置が記載されている。また、特許文献６には、単一の画像表示用素子を用いて4倍以上の画素数を有する画像表示を行う画像表示装置が記載されている。これらが使用する電気光学効果を示す部材と複屈折結晶との組合せは、従来から光通信分野での光分配、光スイッチとして用いられている偏向手段として公知の技術である。
【０００７】
また、特許文献５には、電気光学効果を示す部材と複屈折結晶との組合せ以外に、光路を変更する手段として、レンズをシフト可能な手段、バリアングルプリズム、回転ミラー、回転ガラス等が記載されている。特許文献７には、光路を変更する手段として、ウエッジプリズムを移動する手段が記載されている。
【０００８】
図９はレンズをシフトする方法により画像表示用素子の高解像度化を行って、レンズにより拡大した虚像を観察する特許文献５記載の画像表示装置を示す。図９において、1はＬＣＤパネルであり、２はＬＣＤパネル１をカラー映像信号により駆動して画像を表示させるＬＣＤドライブ回路である。３は光路変更手段であり、４は接眼レンズである。５はＬＣＤパネル１の位置を光学的に接眼レンズ４の光軸に垂直な方向にシフトさせるボイスコイルであり、６はレンズ取付台であり、７はボイスコイル５を駆動するドライブ回路である。光路変更手段３は、接眼レンズ４、ボイスコイル５、レンズ取付台６及びボイスコイルドライブ回路７により構成される。
【０００９】
ボイスコイル５はドライブ回路７により駆動され、このドライブ回路７は、ＬＣＤドライブ回路２から入力されたカラー映像信号の奇数フィールドと偶数フィールドを判定してその判定信号Ｏ／Ｅに従って、ボイスコイル５に流れる電流を制御し、ＬＣＤパネル１の位置を光学的に接眼レンズ４の光軸に垂直な方向にシフトさせる。
【００１０】
接眼レンズ４をシフト、つまり往復運動させる駆動系としては、ボイスコイル５に限らず、圧電素子、バイモルフ、ステップモータ、ソレノイドコイル等が特許文献５に記載されている。また、光路を変更する方法としては、レンズや光学部材をシフトさせる方法以外に、光学部材を光路に挿入する方法、光学部材を回転させる方法、ミラーを回転させる方法、アクティブプリズム、電気光学素子と複屈折材料を使用する方法等が特許文献５に記載されている。
【００１１】
図１０は電気光学素子と複屈折材料を使用する方法により画像表示用素子の高解像度化を行って、レンズにより拡大した虚像を観察する特許文献５記載の画像表示装置を示す。図１０において、８は電気光学素子となる偏光面回転部材であり、９は複屈折板である。偏光面回転部材８は、液晶板１０の両面に透明電極１１、１２が被着形成されて構成され、この透明電極１１、１２間にドライブ回路１３から液晶駆動電圧が印加されて、偶数と奇数のフィールド毎に偏光面が回転されて偏向され、複屈折板９の正常光と異常光の偏光面に一致させられる。この正常光と異常光は、複屈折板９の屈折率差により偏向量が変化する。
【００１２】
また、上述のような画像表示装置では、画像表示用素子に応答速度の遅い素子を用いた場合には、同じ画像フィールド内の最初の走査ラインと最後の走査ラインとで書き込み開始時間が大きく異なるため、動画のような速い走査線速度が要求される場合に走査の方向に均一な光路の変更状態を形成することが困難であり、コントラストが低下しやすい。これらを改善する手法に関しては、特許文献５に、電気光学素子を走査線方向に複数分割する手法が記載され、特許文献８、特許文献９等にも、この問題を改善するための方法が記載されている。
【００１３】
図１１は、最初の走査ラインと最後の走査ラインとの間の書き込み時間の差による影響を低減した特許文献５記載の画像表示装置を説明するための図である。図１１において、１４は偏光面回転素子としての液晶であるが、この液晶１４を走査線と平行な方向に複数に分割して、画像表示用の液晶の走査と同期して、偏光面を順次に走査することにより、画像表示用の走査線の最初と最後の偏光面の回転状態を均一化している。
【００１４】
一方、照明光の光強度を変調することによりデジタル階調表示を行う画像表示装置において、高い輝度を得るための空間光変調装置の一例として、特許文献９記載の変調方法がある。これは、光学空間変調素子に第１のメモリと第２のメモリを設けて、画像データが書き込まれた第１のメモリから第２のメモリへ画像データを転送し、この転送された第２のメモリの画像データに基づいて画素の状態を変化させる方法である。この方法により、光学空間変調素子への照明光の実効的な照明時間を増加させることができるので、低コストでかつ省エネルギー性の高い画像表示を行うことができる。
【００１５】
【特許文献１】特開平３−１５０５２５号公報
【特許文献２】特開平４−２６７２９０号公報
【特許文献３】特開平４−１１３３０８号公報
【特許文献４】特開平５−２８９００４号公報
【特許文献５】特開平６−３２４３２０号公報
【特許文献６】特開平７−３６５０４号公報
【特許文献７】特開平７−１０４２７８号公報
【特許文献８】特開平１１−２９６１３５号公報
【特許文献９】特開平１１−２５９０３９号公報
【特許文献１０】特開平１１−７５１４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
特許文献５記載の画像表示装置では、光路を変更する手段は、他の手段を用いたとしても、拡大光学系の光軸をシフトさせるか偏向させることにより光路を変更する手段であり、かつ、これらの光路を変更する手段が画像表示用素子と拡大光学系との間に存在している。
【００１７】
このため、高解像度の画像表示を行う場合には、光路長が変化させたりレンズの軸外を光学系全体の光軸としたりすることにより、光学系の諸収差が発生しやすく、その拡大光学系の設計やレイアウトに無理があるだけでなく、微小な画像表示用素子の一画素を十分なＭＴＦで拡大できない場合も生じる。また、光路を偏向する部材自体の不均一さがＭＴＦを低減する場合もある。さらに、電気光学素子を用いた場合には、波長がレーザ光のように単一波長でないために、波長による位相の色ずれが生じ、コントラストが大きく低下してしまうという問題もある。
【００１８】
最初の走査ラインと最後の走査ラインとの間の書き込み時間の差による影響を低減した特許文献５記載の画像表示装置では、素子の構造や駆動方法を複雑にするためにコストが増加してしまう。また、完全に走査線方向の不均一さを解消するにはいたっていない。これは、データを走査線の方向に書き込む速さが、データ走査線数が大きくなった現状の画像表示装置で、フルカラーの動画像表示を行おうとする場合に、表示デバイスの応答速度が対応できないことによる。
【００１９】
さらに、フルカラーには、赤、青、緑の各色に対して、６４階調から２５６階調の階調表示が必要であるため、通常のＴＮ液晶のアナログ変調や、高速のＦＬＣに対するディザ変調とパルス幅変調の組合せ等が用いられているが、大画素数の画像表示に対しては、ＴＦＴ素子の絶対数が大きくなることによる欠陥率の増加や開口数の減少、ＦＬＣの応答速度やその駆動方法に対する限界等により、コストが増加したり、十分な画素数や画像品質が得られていない。
【００２０】
特許文献９記載の変調方法では、光学空間変調素子は、デジタル階調表示を行う場合のビットプレーンの時間を低減するために、液晶のＤＣ成分を打ち消すための中和条件を必要としない、液晶の劣化を防止することのできる駆動方法を目的としており、さらには光源利用効率の増加による高輝度、低コストのフィールドシーケンシャル表示を目的としており、画像表示用素子を画像フィールド内で変位した場合の画像の空間的クロストークには何ら着目していない。
【００２１】
また、画像情報信号から光路を変更する手段を駆動して高解像度化する従来の画像表示装置では、拡大光学系による実像又は虚像の変位量は、個々の高解像度化手段の寸法バラツキや初期組み付け位置合わせバラツキにも影響される。さらには、使用している際の発熱、振動等により組み付け位置のズレやそのズレ量の変化が生じる場合があり、本来は変位して異なる表示位置にある画素が重なったり、色ずれを起こしたりする場合が生じて画像品質が劣化することがある。
【００２４】
本発明は、階調性の高い高解像度の拡大像を与えることができる画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、照明光を射出する照明手段と、当該照明光を空間変調する複数の画素を有する画像表示用素子とを備え、当該画像表示用素子の出力画像を像形成光学素子により表示する画像表示装置において、画像フィールドを構成する第１サブフィールドから第４サブフィールドまでの４つのサブフィールド毎に前記像形成光学素子の光軸に対する前記画像表示用素子の位置を画素配列面と略平行な方向に変位させる変位手段と、初めの第１サブフィールドから第４サブフィールドまでを第１フレームのみにより構成してその後の各サブフィールドを第２フレームから第４フレームまでの３つのフレームにより構成し、前記照明光は前記第１フレームから前記第４フレームまでは強度プロファイルを順に８、４、２、１とし、且つ、初めは、第１サブフィールドから第４サブフィールドまでを第１フレームのみ配置し、その後、第１サブフィールドと第２サブフィールドをそれぞれ、第２フレームから第４フレームまでの３つのフレームのみ順番に配置して、その後、第３サブフィールドを第４フレーム、第３フレーム及び第２フレームの３つのフレームの順番で配置して前記第２サブフィールドとは逆のフレーム順序で配置して、その後、第４サブフィールドを第２フレームから第４フレームまでの３つのフレームを順番に配置することで、前記画像表示用素子の位置が前記第２サブフィールドから前記第３サブフィールドに変位する際の前記第２サブフィールドと前記第３サブフィールドの輝度が等しい照明光とする照明光制御手段とを有するものである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、階調性の高い高解像度の拡大像を与えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図１は本発明の第１の参考形態を示す。図１において、２１は赤色ＬＥＤを２次元アレイ状に配列した照明光源であり、２２は拡散板であり、これらの照明光源１及び拡散板２により照明手段が構成される。２３はコンデンサレンズであり、２４は画像情報に従って光を制御可能な複数の画素を有する画像表示用素子としての液晶パネルである。２５は像形成光学素子としての投射レンズであり、２６はスクリーンである。２７は照明光制御手段としての光源ドライブ部であり、２８は液晶パネル２４を駆動する液晶ドライブ部である。
【００３２】
照明光源２１は光源ドライブ部２７により駆動されて照明光を放出し、この照明光は拡散板２２により均一化されてコンデンサレンズ２３により液晶パネル２４を照明する。液晶パネル２４は、液晶ドライブ部２８により複数の画素が照明光源２１と同期して画像情報に従って制御されることにより、コンデンサレンズ２３からの照明光でクリティカルに照明されて該照明光を画像情報に従って空間変調し、その空間変調した照明光を画像情報に対応した画像光（出力画像）として出力する。この液晶パネル２４の出力画像が投射レンズ２５で拡大されてスクリーン２６に投射されることにより、スクリーン２６に画像が表示され、この画像が観察される。
【００３３】
液晶パネル２４は上下方向に支持体２９と接続され、この支持体２９はピエゾ素子からなる小型の圧電素子３０よりなる画像表示用素子シフト手段に固定されている。この圧電素子３０は、画像フィールド（以下単にフィールドという）を構成する複数のサブフィールドに対応して画像表示用素子２４の実効的な位置を画素配列面と平行な（若しくは略平行な）ｘ，ｙ方向に対して光学的に変位させる変位手段であり、圧電素子ドライブ部３１により制御される。また、図１では見えないが、液晶パネル２４は紙面と垂直な方向にも支持体と接続されて該支持体がピエゾ素子からなる小型の圧電素子よりなる画像表示用素子シフト手段に固定され、この圧電素子が圧電素子ドライブ部３１により制御される。液晶パネルユニット３２は、液晶パネル２４、支持体２９、圧電素子３０、図１では見えない支持体及び圧電素子により構成される。
【００３４】
この第１の参考形態において、圧電素子３０及び、図１では見えない圧電素子は圧電素子ドライブ部３１により駆動されて液晶パネル２４をｘ，ｙ方向に移動させる。この場合、圧電素子ドライブ部３１は、１フィールドを１つの基本単位としてこれを４つのサプフィールドに分割し、液晶パネル２４が４つのサプフィールド毎にｘ，ｙ方向にそれぞれ画像ピッチの１／２を往復移動するように圧電素子３０を駆動する。
【００３５】
この液晶パネル２４が移動する期間は、液晶パネル２４の出力画像が拡大されてスクリーン２６上に表示されたものに感じるフリッカーが実用レベルの時間以下となる期間とする。液晶パネル２４の変位された位置に対応するサブフィールドにおいて、その位置に対応する画像データをスクリーン２６上に表示することにより、液晶パネル２４を移動させない場合に比べて４倍の画像数の画像表示を行うことができる。
【００３６】
図２は、上記液晶パネルユニット３２の一例を示し、図１の右方向から見た図である。図２において、２９’，３０’は図１で見えなかった支持体及び圧電素子である。液晶パネル２４、支持体２９及び圧電素子３０を保持する保持部材３３は左右方向に支持体２９’と接続され、この支持体２９’はピエゾからなる小型の圧電素子３０’に固定されている。この圧電素子３０、３０’は、圧電素子ドライブ部３１により駆動され、投射レンズ２５の光軸に対する液晶パネル２４の位置を画素配列面と略平行なｘ，ｙ方向にそれぞれ変位させる。図２において、保持部材３３が位置ｘ１から位置ｘ０に変位するｘ方向の変位値Δｘ、及び保持部材３３が位置ｙ１から位置ｙ０に変位するｙ方向の変位値Δｙで、液晶パネル２４の位置がｘ，ｙ方向に変位する。
【００３７】
図３は上記液晶パネル２４の画素（３×３の液晶パネルの実画素部分）を拡大して観察した場合の概略を示す。液晶パネル２４の画像ピッチがｘ方向、ｙ方向にそれぞれ２Δｘ、２Δｙである場合、その１／２のピッチとなるΔｘ、Δｙを液晶パネル２４のｘ方向、ｙ方向の各変位値とすることにより、液晶パネル２４の実画素１つが、その４倍の４つの画素を表示することができる。
【００３８】
図３において、液晶パネル２４の位置２４ａ（ｘ０，ｙ０）を基準位置（０，０）とする場合にその位置２４ａに開口率約１２％の実画素が設けてある場合、それぞれのサブフィールドで液晶パネル２４の位置２４ｂ（ｘ０，ｙ１）、２４ｃ（ｘ１，ｙ１）、２４ｄ（ｘ１，ｙ０）を移動位置（０，１）、（１，１）、（１，０）とすることにより、それぞれ移動位置２４ｂ，２４ｃ，２４ｄに画素を表示することができる。
【００３９】
これらの位置２４ａ〜２４ｄのピッチは、ｘ方向、ｙ方向とも実画素のピッチの１／２に限定する必要はなく、ｘ方向、ｙ方向に実画素のピッチの１／３として９倍の画素を表示することもできるし、ｙ方向にのみ実画素のピッチの１／２として、ＮＴＳＣの偶数と奇数のフィールドをサブフィールドとすることで２倍の画素を表示することもできる。また、開口率は、大きくしても小さくしても良いが、２５％付近とすることが、画素間の空間的クロストークが減少し且つ画素間の表示抜けが視認しにくいので好ましい。
【００４０】
この第１の参考形態では、従来のように液晶パネルと光路をサブフィールド毎に偏向させる必要がないので、画素を増倍しない場合と全く同じ照明光学系及び投射光学系を用いることができ、光学系のＭＴＦを劣化させることがなく、低コストで高解像度の画像表示を行うことができる。高解像度の投射レンズ２５には、従来よりも２倍の空間周波数に対して同程度のＭＴＦを確保する必要があり、投射光学系の設計負担を大きく減少させることができる。また、液晶パネル２４を変位させる変位手段として圧電素子を用いることにより、コイルやモータ等を用いた方式と比較して圧電素子により正確に変位量を制御することができるので、常に変位量をフィードバックする必要がないため、液晶パネル２４を変位させるドライブ部３１を簡略化でき、かつ正確に液晶パネル２４を変位できるため、低コストで、かつ位置ずれによる画像品質の低下の少ない高解像度の画像表示を行うことができる。
【００４１】
また、圧電素子は一般に印加電圧と積層数に制約されて変位量が小さいが、本参考形態のように１０〜５０倍の拡大像を観察する画像表示装置では、元の液晶パネルの変位量は、観察される画像の変位に対して１／５０〜１／１０と微小で良いので、変位量が絶対値として小さく、２００Ｖ以内、場合により１００Ｖ以内の電圧での圧電素子の可動範囲内であり、圧電素子の実用的な電圧での変位量の制約を受けにくい。
【００４２】
さらに、これらの画像表示装置の構成では、従来の照明光学系及び投射光学系をそのまま用いることができるので、新たな設計の負担がなく、低コストの画像表示装置を提供できる。また、圧電素子による変位を行わずに画素増倍をしない画像表示においては、通常と同様の光学特性を実現でき、これは同じ画像表示装置においてモードを切り替えることで容易に可能である。
【００４３】
圧電素子３０としては、本参考形態のようにピエゾ素子を用いたものが好ましい。例えば、株式会社トーキン製の圧電素子（型番：ＡＥ０２０３Ｄ０８）を用いると、１００Ｖでの変位量で約６μｍが得られる。この圧電素子の共振周波数は１３８ｋＨｚであり、この３分の１の周波数を最大周波数として、約４０ｋＨｚ以上の高速変位ができ、矩形的な変位以外に、変位の開始と終了時の加速度を低減した変位プロファイルを実現することができる。
【００４４】
液晶パネル２４として、画素が１０μｍピッチのディスプレイテクノロジー社（米国）製のＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｕｔａｌ  ｏｎ  Ｓｉ）型空間光変調素子を用いて、本参考形態と同様に反射型の照明光学系及び投射光学系を構成し、４倍の画素増倍を行うことができる。但し、上述のように投射レンズ２５の空間周波数への要求が高解像度のために２倍となるので、解像度対応の投射レンズを使用する必要がある。本参考形態では、投射レンズ２５によりスクリーン２６に空間光変調器２４の実像を拡大して形成しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、投射レンズ２５の代りに接眼レンズを用いて直接に拡大した虚像を観察するようにしても良い。このとき、フィールド周波数を３０Ｈｚとした場合にはこのような画素を時分割する方式ではフリッカーが生じやすく、フィールド周波数をフリッカーが十分に生じにくい１２０Ｈｚとした場合にはそのフィールド周波数に対して１０倍以上の例えば１．２ｋＨｚ程度で圧電素子を駆動すれば応答速度としては十分な速度となる。このため、共振周波数としては、その１０倍の１．２ｋＨｚ以上であればよく、好ましくはフィールド周波数に対して１００倍以上に対応した例えば１２ＫＨｚで十分となる。これにより、立ち上がり時間のロスによる影響は１％以下となる。しかしながら、実際に圧電素子端面をＬＣＯＳを保持した剛体に接着して駆動すると、接着面に存在する接着剤を介して剛体と圧電素子がパルス印加時間に衝撃波を発生して、駆動周波数よりも低い騒音、および機械的衝撃が発生する。これを防止するためには、共振周波数がフィールド周波数の５００倍、好ましくは１０００倍である圧電素子を用いて、これを抵抗を介して立ち上がり特性を制御したり、立ち上がり又は立ち下がり印加電圧波形をフィールド周波数に対して十分に滑らかな時間かつ共振周波数の１０分の１以下の低い周波数で印加するように制御することにより、異音の発生が減少し、機械的衝撃も低減することができる。圧電素子に最適な共振周波数は、フィールド周波数の５００倍以上の６０ｋＨｚ以上であり、好ましくは１２０ｋＨｚ以上である。
【００４５】
この第１の参考形態によれば、画像情報に従って光を制御可能な複数の画素を有する画像表示用素子２４の出力画像を像形成光学素子２５により表示する画像表示装置において、画像フィールドを構成する複数のサブフィールド毎に前記像形成光学素子２５の光軸に対する前記画像表示用素子２４の位置を画素配列面と略平行な方向に変位させる変位手段２４を有し、この変位手段２４を共振周波数が６０ｋＨｚ以上である圧電素子よりなる画像表示用素子シフト手段２７により構成したので、拡大光学系の光学特性を劣化させることの少ないより高解像度の拡大像を与えることができる。
【００４６】
図４は本発明の第２の参考形態の動作の一例を示すタイミングチャートである。この第２の参考形態では、圧電素子３０が圧電素子ドライブ部３１により制御されて液晶パネル２４を変位させることにより、図４に示すように、液晶パネル２４のｘ方向位置がｘ０とｘ１の２つの位置をとり、液晶パネル２４のｙ方向位置がｙ０とｙ１の２つの位置をとり、この組み合わせにより液晶パネル２４の位置（ｘ，ｙ）が１フィールドの期間に（ｘ１，ｙ１）、（ｘ１，ｙ０）、（ｘ０，ｙ１）、（ｘ０，ｙ０）の位置に順に変位し、これらの位置がそれぞれ、１フィールドを構成する４つのサブフィールドＳＦ１〜ＳＦ４での各位置となる。
【００４７】
この第２の参考形態では、上記第１の参考形態とは液晶パネル２４が異なって液晶パネル２４以外の部分が上記第１の参考形態と略同様に構成される。液晶パネル２４は、液晶パネル２４の画素が走査ラインからの信号に基づく画像データ入力用の画像データ記憶手段Ａ、つまり、１フィールドを構成する４つのサブフィールドＳＦ１〜ＳＦ４毎の画像データが入力されてこれを記憶する画像データ記憶手段Ａを有する。また、液晶パネル２４は、液晶パネル２４の同じ各画素が画像データ記憶手段Ａとは異なる画像データ出力用の画像データ記憶手段Ｂ、つまり、液晶パネル２４の同じ各画素が液晶パネル２４の変位により画像データ記憶手段Ａとは異なる位置に画像データを表示するように画像データが入力されてこれを記憶する。
【００４８】
さらに、液晶パネル２４は、画像データ記憶手段Ａの画像データを画像データ記憶手段Ｂの画像データとして転送する転送手段と、画像データ記憶手段Ｂの画像データに基づいて液晶パネル２４の各画素の電圧印加を行う駆動手段と、各サブフィールドごとに上記転送手段に画像データ記憶手段Aの画像データを画像データ記憶手段Ｂの画像データとして実質的に同時に転送させる転送タイミング決定手段とを有する。
【００４９】
図4では、説明の簡略化のため、特定の１つのデータ線が４本の走査線を有する（１つのデータ線が４本の走査線に対応する）構成としているが、実際には他のデータ線に関しても同様であり、また、１つのデータ線が４本以外の複数（ｎ）本の走査線を有する（１つのデータ線がｎ本の走査線に対応する）構成とした場合においても画像データの書き込みを走査線４本分の画像データの書き込みから走査線ｎ本分の画像データの書き込みにすることで同様になる。
【００５０】
図4に示すように、画像データは、走査線１，２，３，４の順に画像データ記憶手段Ａに入力することを基本とする。画像データは、あらかじめ液晶パネル２４の１つの画素を４倍して示すために、図示しない画像データ処理装置によりサブフィールドに対応した画像データに変換され、さらに、このサブフィールドに対応した画像データは走査線4本分がサブフィールドＳＦ１，ＳＦ２，ＳＦ３，ＳＦ４の順に画像データ記憶手段Ａに入力される。
【００５１】
このとき、ある画像データが画像データ記憶手段Ａに書き込まれた時期から次の画像データが画像データ記憶手段Ａに書き込まれた時期までの期間に、特定のサブフィールドの走査線に対応して画像データとして液晶パネル２４で画像表示を行うと、走査線の違いにより画像表示期間に違いが生じるため、本参考形態では、図4に示すように液晶パネル２４が移動している時期に照明光の照射を光源ドライブ部２７により停止させて画像表示を行わないと同時に、この時期に一括して画像データ記憶手段Ａの画像データを上記転送手段により上記駆動手段と対応した画像データ記憶手段Ｂに転送するので、空間的なクロストークのない高解像度で高コントラストの画像表示を行うことができる。
【００５２】
より具体的には、図4に示すように、画像データは走査線１，２，３，４の順に画像データ記憶手段Ａに入力され、特定のタイミングでは画像データ記憶手段Ａにはサブフィールドの状態が走査線で全て異なるが、すべての走査線で画像データ記憶手段Ａへの画像データの入力が終了した時点で画像データ記憶手段Ａの画像データを別の画像データ記憶手段Ｂに転送することにより、画像データ記憶手段Ｂの画像データでは次のサブフィールドで全ての走査線が同一のサブフィールドとなる。このため、画像データ記憶手段Ｂの内容に従って上記駆動手段により液晶パネル２４の画素に電圧を印加し、かつ照明光源２１より液晶パネル２４に照明光を照射することにより、１つのサブフィールド期間に、それより１つ前のサブフィールドの期間で画像データ記憶手段Ａに入力した画像データが表示されることになる。
【００５３】
この第２の参考形態によれば、画像表示用素子２４の各画素が走査ラインからの信号に基づく画像データ入力用の第１の画像データ記憶手段と、同じ各画素が前記第１の画像データ記憶手段とは異なる画像データ出力用の第２の画像データ記憶手段と、前記第１の画像データ記憶手段の画像データを前記第２の画像データ記憶手段の画像データとして転送する転送手段と、前記第２の画像データ記憶手段の画像データに基づいて各画素の電圧印加を行う駆動手段と、前記画像表示用素子２４が各サブフィールドごとに前記転送手段に前記第１の画像データ記憶手段の画像データを前記第２の画像データ記憶手段の画像データとして実質的に同時に転送させる転送タイミング決定手段とを有するので、空間的なクロストークを減少した高解像度の拡大像を与えることができる。
【００５４】
上記第２の参考形態は空間光変調素子２４に照明光を照射して該照明光を空間光変調素子２４で空間光変調して制御しているが、本発明は、この構成に限定されるものではなく、有機ＥＬ、無機ＥＬ、無機ＬＥＤチップアレイ等の発光素子を用いた場合にも照明光を用いずに直接に発光素子から放出される光を制御することができる。
【００５５】
図５は本発明の第３の参考形態の動作の一例を示すタイミングチャートである。この第３の参考形態では、圧電素子３０が圧電素子ドライブ部３１により制御されて液晶パネル２４を変位させることにより、図５に示すように、液晶パネル２４のｘ方向位置がｘ０とｘ１の２つの位置をとり、液晶パネル２４のｙ方向位置がｙ０とｙ１の２つの位置をとり、この組み合わせにより液晶パネル２４の位置（ｘ，ｙ）が１フィールドの期間に（ｘ１，ｙ１）、（ｘ１，ｙ０）、（ｘ０，ｙ１）、（ｘ０，ｙ０）の位置に順に変位し、これらの位置がそれぞれ、１フィールドを構成する４つのサブフィールドＳＦ１〜ＳＦ４での各位置となる。また、照明光源２１は、光源ドライブ部２７により駆動されて１つのサブフィールドを構成する４つのフレームでそれぞれ強度が指数的に異なる照明光を液晶パネル２４に照射する。
【００５６】
この第３の参考形態では、上記第１の参考形態とは液晶パネル２４以外が略同様に構成され、液晶パネル２４が上記第２の実施形態の液晶パネルと同様に構成される。これにより、第３の参考形態は、上記第２の参考形態と略同様な動作ができ、かつ説明の簡略化のため特定の１つのデータ線が１つの走査線のみを有する（１つの走査線のみに対応する）ものとする。つまり、画像表示用素子２４の特定の１つの走査線に関してのみ説明するが、１つのデータ線が有する走査線本数がｎ本の場合においても上記第２の参考形態と略同様に動作する。このとき、図4に示したサブフィールド１つ分の遅延は生じないとする。
【００５７】
また、画像データは、あらかじめ画像表示用素子２４の１つの画素を４倍して示すために、図示しない画像データ処理装置によりサブフィールドに対応した画像データに変換され、このサブフィールドの画像データに対応してサブフィールド１，２，３，４の順で、さらに４つのフレームに分割されて画像データ記憶手段Ａ、Ｂに同時に入力され、１つのフィールド分の画像データが入力され、かつ表示される。
【００５８】
図５から分かるように、１つのサブフィールドにおいて、照明光源２１からの照明光は４つのフレームで照明光強度が指数的に８、４、２、１と変化しながら画像表示用素子２４に照射され、画像表示用素子２４はそれぞれのフレームで照明光のオンとオフによる２値的な空間光変調を行い、結果として１つのサブフィールドで１６階調の画像表示を行うことができる。なお、図５に示す積算照明光強度／ＳＦは、サブフィールド当たりの積算した照明光強度を示し、任意単位であるが、フレームの単位時間を１として、それぞれのフレームにおける画像データにより有効な照明光強度と単位時間である１との席をサブフィールド内で総和したものである。例えば、各フレームの画像データを図５に示すような画像データとすることにより、ザフィールド１，２，３，４はそれぞれ１５値、０値、５値、１値の表示を行うことができる。また、本参考形態のフレーム数を６または８とすることにより、それぞれ６４階調、２５６階調の表示が可能となる。
【００５９】
従来の応答速度の遅いＴＮ液晶を基本とした画像表示用素子では、４倍以上の画素増大による動画の表示が不可能であった。これは、４倍の画素増大とすることにより、４倍の時間的制約ができることによる。従来の一定照明光強度に対するパルス幅変調での階調表示では、３２階調程度の階調が上限である。これは、ビデオレートを６０Ｈｚとしたときに、６０×３２×４＝７．６８ｋＨｚとなり、画像データは１９０μｓのパルス幅となり、画像表示用素子は、画像データによるオン／オフ時の応答性がその１／４の３３μｓであることが好ましく、印加電圧にもよるが、強誘電性液晶の下限に近いことによる。
【００６０】
また、シリコン上に微小鏡を形成した高速の画像表示用素子（テキサスインストルメント社製：米国）では、３２階調以上の階長表示も可能であるが、やはり応答速度の制限により、２５６階調程度が限界である。銀塩フィルムの階調の再現には約４０９６階調あればよく、銀塩フィルムで撮影した映画的な画像データの画像表示には暗いシーンなどでは画像品質が銀塩フィルムに劣る場合が生じる。
【００６１】
しかしながら、上述のような本参考形態では、２値的な画像表示用素子を用いるにも拘わらず、その照明光の光強度変化で階調を得ることにより６４階調で通常の１／１０の６倍数のフレームに分割するだけでよく、強誘電性液晶からなる画像表示用素子を使用して４倍以上の２次元的な画素増大が可能であり、さらにシリコン上に微小鏡を形成した画像表示用素子では９倍以上の画素増大も可能となる。さらに、このシリコン上に微小鏡を形成した画像表示用素子では、現在はＳＸＧＡにおいて、映画等の映像を表示する場合に銀塩フィルムとほぼ同等ではあるが、さらに本参考形態のように照明光の光強度変化で４倍の画素とし、かつ銀塩フィルムと同レベルの階調が可能となることにより、銀塩フィルムを越える高解像度と高階調の両方を実現した非常に高品質の画像を形成できる。
【００６２】
これらの階調と解像度は一般的には視覚的に相補関係にあるが、高解像としての走査線数およびデータ線数は階調が６４階調以上であれば４００ｄｐｉ相当クラスまではより重要となる。このため、現在の通常の画像表示は４００ｄｐｉに対応していないため、本参考形態による画素の増大は非常に視認性にすぐれた画像を形成することができる。さらに、高速の画像表示用素子を用いた場合には、階調も銀塩フィルムクラスの階調を実現できる。さらには、応答性に余裕が有る分を、走査線の駆動周波数を速くすることにも利用できる。これは画素増倍をした場合の空間的なフリッカーを減少させることに大いに効果的である。
【００６３】
この第３の参考形態の第１フィールドにおけるサブフィールドとそのフレームの順序は図５に示す順序に限定されるものではなく、輝度フリッカー、色フリッカー、空間フリッカー、データ処理やデータ転送の負荷等を減少させるために、画像データに対して適切に変化させてもよい。これは、あらかじめ特定の順序としてもよいが、１画素の画像データの内容、または周辺画素及び全画素の画像データの内容から適切な表示順序を判定する表示順序判定手段を付加して、この表示順序判定手段により動的に決定してもよい。
【００６４】
図６は第３の参考形態において、図５に示すような表示順序の場合と同様の階調を実現する本発明の実施形態の表示順序を示す。この実施形態の表示順序では、光源ドライブ部２７は、初期に照明光源２１が最大輝度で照明光を照射する順序で照明光強度を変化させるように照明光源２１を制御し、かつ、後半にフレームの順序が逆となるように照明光源２１を制御する。このため、色の違いによる単位時間における輝度変化が小さくなるので、画像データによっては色フリッカーが視認しにくい状態とすることができる。これらの表示順序の変更は、パルス幅表示に比べて、その最小１パルスをフレームと同等としたときに、フレーム数が少ないので、表示順序判断手段による動的な計算の負荷がより小さくなる。
【００６５】
この本発明の実施形態によれば、画像フィールドを構成する複数のサブフィールド毎に像形成光学素子２５の光軸に対する画像表示用素子２４の位置を画素配列面と略平行な方向に変位させる変位手段を有し、各サブフィールドを複数のフレームにより構成し、照明光を各フレーム同士で強度プロファイルが異なる照明光とする照明光制御手段２７を有するので、階調性の高い高解像度の拡大像を与えることができる。
【００６６】
図７は本発明の第４の参考形態の動作の一例を示すタイミングチャートである。
【００６７】
この第４の参考形態では、圧電素子３０が圧電素子ドライブ部３１により制御されて液晶パネル２４を変位させることにより、図７に示すように、液晶パネル２４のｘ方向位置がｘ０とｘ１の２つの位置をとり、液晶パネル２４のｙ方向位置がｙ０とｙ１の２つの位置をとり、この組み合わせにより液晶パネル２４の位置（ｘ，ｙ）が１フィールドの期間に（ｘ１，ｙ１）、（ｘ１，ｙ０）、（ｘ０，ｙ１）、（ｘ０，ｙ０）の位置に順に変位し、これらの位置がそれぞれ、１フィールドを構成する４つのサブフィールドＳＦ１〜ＳＦ４での各位置となる。
【００６８】
この第４の参考形態では、上記第１の参考形態とは液晶パネル２４以外が略同様に構成され、液晶パネル２４が上記第２の参考形態の液晶パネルと同様に構成される。この第４の参考形態では、上記第１の参考形態とは液晶パネル２４以外が略同様に構成され、液晶パネル２４が上記第２の参考形態の液晶パネルと同様に構成される。これにより、第４の参考形態は、上記第２の参考形態と略同様な動作ができ、かつ説明の簡略化のため特定の１つのデータ線が１つの走査線のみを有する（１つの走査線のみに対応する）ものとする。つまり、画像表示用素子２４の特定の１つの走査線に関してのみ説明するが、１つのデータ線が有する走査線本数がｎ本の場合においても上記第２の参考形態と略同様に動作する。このとき、図4に示したサブフィールド１つ分の遅延は生じないとする。
【００６９】
また、画像データは、あらかじめ画像表示用素子２４の１つの画素を4倍して示すために、図示しない画像データ処理装置によりサブフィールドに対応した画像データに変換され、このサブフィールドの画像データに対応してサブフィールド１，２，３，４の順で、さらに３つのフレームに分割されて画像データ記憶手段Ａ、Ｂに同時に入力され、１つのフィールド分の画像データが入力され、かつ表示される。
【００７０】
図７から分かるように、１つのサブフィールドにおいて、照明光源２１からの照明光は３つのフレームで照明光強度が赤（以下Ｇという），緑（以下Ｇという），青（以下Ｂという）の順で変化しながら画像表示用素子２４に照射され、画像表示用素子２４はそれぞれのフレームで照明光のオンとオフによる２値的な空間光変調を行い、結果として１つのサブフィールドで８色のマルチカラーの画像表示を行う。例えば、各フレームの画像データを図７に示すような画像データとすることにより、ザフィールド１，２，３，４はそれぞれ白、黒、赤、青緑の色の表示を行う。
【００７１】
また、本参考形態において、各フレームをさらにサブフレームに分割し、このサブフレームで各色の階調を表示することによりフルカラーの表示を行うことができる。これらは、画像表示装置の制約を受けるため、上記第３の参考形態と同様に動作させて階調を表示させることが好ましい。通常のフルカラー表示には、３色ごとに６４階調以上の表示が好ましい。ビデオレートを６０Ｈｚとしたときに、６４階調、４倍の画素増大では、６０×３×６×４＝４．３４ｋＨｚであるが、フィールドシーケンシャルは通常のビデオレートでは色フリッカーを感じやすく、これを視認させないためには、さらに２倍の８．６４ｋＨｚ、つまりは画素の印加電圧にもよるが強誘電性液晶の下限近いが、表示可能な範囲である。
【００７２】
また、シリコン上に微小鏡を形成した画像表示用素子では、これより応答速度が数倍速いので、４倍の画素増倍でのフリッカーの少ないフルカラー表示のみならず、９倍の画素増倍でのフリッカーの少ないフルカラー表示も可能である。
【００７３】
この画素を増倍させる画像表示装置においては、画像表示用素子の位置またはこれと拡大のためのレンズとの位置関係を変化させることにより画素の実効的な位置を変位させ、かつこれを本来の画素の１／２または１／３の位置に、本来の画素の１／４または１／６以内の精度で正確に制御する必要がある。本来の画素が１０μｍ間隔であるならば、この精度は２．５μｍ以内に相当する。これを液晶パネルがR，G，Ｂの３板式の画像表示装置で実現するために、機械的精度で組み付けることは、通常の解像度の場合と比べて非常に困難であり実用性がなく、高コストとなるし、運搬、振動等に対する長期的な信頼性が低くなる。しかし、第４の参考形態のような構成とすることにより、単板式の液晶パネルを用いて実現できるので、２μｍクラス程度の調整が不必要となり、低コストにできると同時に信頼性が非常に向上する。さらには、照明光源の分割光学系が不用であるので、小型化、軽量化を図ることができるようになる。
【００７４】
第４の参考形態の第１フィールドにおけるサブフィールドとそのフレームの順序は図７に示す順序に限定されるものではなく、輝度フリッカー、色フリッカー、空間フリッカー、データ処理やデータ転送の負荷等を減少させるために、画像データに対して適切に変化させてもよい。これは、あらかじめ特定の順序としてもよいが、１画素の画像データの内容、または周辺画素及び全画素の画像データの内容から適切な表示順序を判定する表示順序判定手段を付加して、この表示順序判定手段により動的に決定してもよい。
【００７５】
図８は第４の参考形態において、図７に示すような表示順序の場合と同様の表示色を実現する他の表示順序を示す。この表示順序では、光源ドライブ部２７は、初期に照明光源２１が比視感度の大きい緑色の照明光を照射する順序となるように照明光源２１を制御し、また、後半にフレームの順序が逆となるように照明光源２１を制御する。例えば緑色の光源の応答速度が速い場合に、図８に示すように緑色の照明光を一括して照射することにより、照明光の応答速度の制限を減少させることができる。
【００７６】
この第４の参考形態によれば、画像フィールドを構成する複数のサブフィールド毎に像形成光学素子２５の光軸に対する画像表示用素子２４の位置を画素配列面と略平行な方向に変位させる変位手段を有し、各サブフィールドを複数のフレームにより構成し、各フレーム同士で前記照明光の波長スペクトルが異なる照明光とする照明光制御手段２７を有するので、低コストでかつ省エネルギー性の高い高解像度の拡大像を与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１の参考形態を示す概略図である。
【図２】同第１の参考形態の液晶パネルユニットの一例を示す断面図である。
【図３】同第１の参考形態の液晶パネルの画素を拡大観察した場合の概略を示す図である。
【図４】本発明の第２の参考形態の動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の第３の参考形態の動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の実施形態の表示順序を示すタイミングチャートである。
【図７】本発明の第４の参考形態の動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図８】同第４の参考形態の他の表示順序を示すタイミングチャート図である。
【図９】特許文献１記載の画像表示装置を示す概略図である。
【図１０】特許文献２記載の他の画像表示装置を示す概略図である。
【図１１】特許文献３記載の他の画像表示装置を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７８】
２１      照明光源
２２      拡散板
２３      コンデンサレンズ
２４      液晶パネル
２５      投射レンズ
２６      スクリーン
２７      光源ドライブ部
２８      液晶パネルを駆動するドライブ部
２９      支持体
３０      圧電素子
３１      圧電素子ドライブ部
３２      液晶パネルユニット
３３      保持部材
【図１】
0004430647.tif 000002
【図２】
0004430647.tif 000003
【図３】
0004430647.tif 000004
【図４】
0004430647.tif 000005
【図５】
0004430647.tif 000006
【図６】
0004430647.tif 000007
【図７】
0004430647.tif 000008
【図８】
0004430647.tif 000009
【図９】
0004430647.tif 000010
【図１０】
0004430647.tif 000011
【図１１】
0004430647.tif 000012