(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶に極性の異なる電圧を周期的に印加することにより光を１周期内でそれぞれの極性の電圧に応じて偏向制御する光偏向装置において、
第１端子と第１直流電源の正側端子との間に第１スイッチが接続され、前記第１直流電源の負側端子が第２直流電源の正側端子に接続され、前記第１端子とアースとの間に第２スイッチが接続され、第２端子と前記第１直流電源の負側端子および前記第２直流電源の正側端子との間に第３スイッチが接続され、前記第２端子とアースとの間に第４スイッチが接続され、前記第２直流電源の負側端子がアースに接続された回路を備え、
前記液晶に印加される一方の極性である前記第１端子の電圧をＶ１、前記液晶に印加されるもう一方の極性である前記第２端子の電圧をＶ２としたとき、前記液晶に印加される電圧の平均値がゼロになるように前記電圧Ｖ１及びＶ２の値を設定する駆動電圧設定手段を設けたことを特徴とする光偏向装置。
【請求項２】
液晶に極性の異なる電圧を周期的に印加することにより光を１周期内でそれぞれの極性の電圧に応じて偏向制御する光偏向装置において、
第１端子と第１直流電源の正側端子との間に第１スイッチが接続され、前記第１直流電源の負側端子が第２直流電源の正側端子に接続され、前記第１端子とアースとの間に第２スイッチが接続され、第２端子と前記第１直流電源の負側端子および前記第２直流電源の正側端子との間に第３スイッチが接続され、前記第２端子とアースとの間に第４スイッチが接続され、前記第２直流電源の負側端子がアースに接続され、第６スイッチが前記第３スイッチと前記第１直流電源の負側端子および前記第２直流電源の正側端子との間に挿入され、第５スイッチが前記第１直流電源の正側端子と前記第３スイッチ、前記第６スイッチの接続点との間に接続された回路を備え、
前記液晶に印加される一方の極性である前記第１端子の電圧をＶ１、前記液晶に印加されるもう一方の極性である前記第２端子の電圧をＶ２としたとき、前記液晶に印加される電圧の平均値がゼロになるように前記電圧Ｖ１及びＶ２の前記周期内での印加時間を制御する駆動切替制御手段を設けたことを特徴とする光偏向装置。
【請求項３】
請求項１記載の光偏向装置において、前記駆動電圧設定手段は、前記液晶に印加される電圧を検出する駆動電圧検出手段と、この駆動電圧検出手段の出力信号に基いて前記電圧Ｖ１及びＶ２の少なくとも一方の値を制御する駆動電圧制御手段とを有し、
前記第１直流電源もしくは前記第２直流電源に代えて可変電源を設け、
前記駆動電圧検出手段は、前記第１端子と前記第２端子との間に直列に順に接続された第１、第２、第３抵抗からなり、該第２抵抗の両端の電圧値を出力し、
前記駆動電圧制御手段は、該出力を増幅した後にローパスフィルタで直流電圧に変換し、該直流電圧によって可変電源の電圧を制御する
ことを特徴とする光偏向装置。
【請求項４】
請求項２記載の光偏向装置において、前記駆動切替制御手段は、前記液晶の応答時間よりも所定時間だけ短い周期で前記液晶を交流駆動することを特徴とする光偏向装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の光偏向装置において、前記液晶に印加される電圧は前記液晶にそれ以上絶対値の大きい電圧を印加しても光偏向量が変化しない偏向飽和電圧以上の絶対値であることを特徴とする光偏向装置。
【請求項６】
画像情報に従って光を制御可能な複数の画素が二次元的に配列した空間光変調素子と、この空間光変調素子を照明する照明装置と、前記空間光変調素子に表示した画像パターンを観察するための光学装置と、画像フィールドを時間的に分割した複数のサブフィールドで形成する表示駆動手段と、前記空間光変調素子の各画素からの出射光の光路を偏向する光偏向装置とを有し、サブフィールド毎の光路の偏向状態に応じて表示位置がずれている状態の画像パターンを表示することで、前記画像表示素子の見かけ上の画素数を増倍して画像を表示する画像表示装置において、前記光偏向装置として請求項１〜４のいずれか１つに記載の光偏向装置を用いたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項７】
請求項６記載の画像表示装置において、前記複数のサブフィールドそれぞれの期間に応じて画像の表示輝度を制御する輝度制御手段を設けたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項８】
請求項７記載の画像表示装置において、前記輝度制御手段は、前記複数のサブフィールドごとに前記空間光変調素子に表示される画像の輝度を制御する画像表示制御手段を含むことを特徴とする画像表示装置。
【請求項９】
請求項７記載の画像表示装置において、前記輝度制御手段は、前記複数のサブフィールドごとに前記空間光変調素子を照明する光量を制御する照明光量制御手段を含むことを特徴とする画像表示装置。
【請求項１０】
請求項９記載の画像表示装置において、前記照明光量制御手段は、前記複数のサブフィールドの画像表示に同期して前記空間光変調素子を照明する光量を変えるフィルタ手段を含むことを特徴とする画像表示装置。
【請求項１１】
請求項９記載の画像表示装置において、前記照明光量制御手段は、前記複数のサブフィールドの画像表示に同期して前記空間光変調素子の照明光を遮る遮光手段を含むことを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶を用いた光偏向装置、及び光偏向装置を用いた画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
強誘電性液晶を用いた光偏向装置が提案されている。この光偏向装置は、キラルスメクチックC層を形成した液晶層を有しており、液晶への印加電圧による電界の強度及び方向に応じて液晶層の平均的な光学軸の傾斜方向を変化させて、直線偏光で入射した光の透過光路を偏向させるものである。
【０００３】
図１４は、この光偏向装置において液晶に電圧を印加する電圧印加手段を示す。図１４において、端子１、２が液晶に電圧を印加する駆動電圧出力端であり、端子１と直流電源３の正側端子との間にスイッチSW1が接続される。直流電源３の負側端子はアースに接続され、端子1とアースとの間にスイッチSW2が接続される。端子２と直流電源３の正側端子との間にスイッチSW3が接続され、端子２とアースとの間にスイッチSW4が接続される。
【０００４】
端子１、２から液晶に印加される駆動電圧は、スイッチSW1、SW4がオン（ON：導通)でスイッチSW2、SW3がオフ（OFF：開放)のときには出力端子２に対して出力端子１が正になるような極性で出力され、逆にスイッチSW1、SW4がOFF(開放)でスイッチSW2、SW3がON(導通)のときには出力端子２に対して出力端子１が負になるような極性で出力される。
【０００５】
特許文献１には、−４０〜８０℃の温度範囲内にカイラルスメクチックＣ相を示す強誘電性液晶と、−４０〜８０℃の温度範囲内にカイラルスメクチックＣＡ相を示す反強誘電性液晶と、−４０〜８０℃の温度範囲内にスメクチックＡ相を示しかつ電傾効果の大きい強誘電性液晶とからなる群より選ばれた液晶からなっている液晶材料が記載されている。
【０００６】
特許文献２には、少なくとも一つの屈折率可変物質を含んだセルを含み、該屈折率可変物質の分子の方向を変化させることによって、光の走査を行うことを特徴とする光偏向器が記載されている。
【０００７】
特許文献３には、入射した信号光の偏光方向を回転させる偏光回転装置と、該偏光回転装置からの入力光をその偏光方向に応じて平行シフトして出力させる偏向装置とを具備し、且つ当該偏向装置は中心に位置する一枚の透明基板とその両側に配置された二枚の透明基板とからなると共に当該中心の透明基板の両側には各々反対方向を向く鋸歯状格子を有し、当該中心の透明基板と両側の二枚の透明基板の各々はその間に液晶を保持しており、当該液晶はホモジニアス配向すると共に該液晶は複屈折性を有し、その長軸あるいは短軸のいずれかの屈折率が前記中心の透明基板の両側の鋸歯状格子を形成する材料の屈折率と一致することを特徴とする光偏向装置が記載されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平７―２０４１７号公報
【特許文献２】
特開２０００―１９３９２５号公報
【特許文献３】
特開平５―２１６０７５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
一般に液晶を駆動する場合、液晶に直流分が印加されるとそれによって液晶に焼け付きが生じて液晶が破損してしまう恐れがあるため、液晶を交流で駆動する必要がある。
一方、光偏向装置は、用途や使用条件によっては必ずしも各偏向方向を時間的に均等に切り替えることができない場合がある。即ち、液晶に極性の異なる電圧を周期的に印加することにより光を液晶で周期的に偏向制御する際において、１周期内でそれぞれの極性の電圧に応じた偏向状態をとる時間が必ずしも同じではない場合がある。しかしながら、このような場合、上記のような従来の電圧印加手段では対応できないという問題がある。
【００１０】
また、光偏向装置は、各偏向方向が時間的に均等に切り替えられる場合においても、例えば部品の特性バラツキ等により電圧印加手段の出力電圧の絶対値に極性による誤差が生じ、液晶の印加電圧に直流分が発生して装置の信頼性が低下するという問題が生じる場合がある。
【００１１】
また、画像フィールドを時間的に分割して複数のサブフィールドを形成する画像表示装置を実現する際には、多くの場合、汎用の部品や装置を用いて低コスト化することが求められるが、そのような汎用の部品や装置においては例えばデータ転送制御シーケンスの仕様による制約などから、複数のサブフィールドの表示期間が必ずしも同一に設定できない場合がある。そのような場合、どのサブフレームも同一に表示したのではサブフレーム間で表示輝度のムラが生じてしまう。
【００１２】
本発明は、偏向方向が時間的に均等には切り替えられないような場合においても対応可能であり、部品のバラツキ等があっても液晶駆動電圧に直流分が発生しなくて信頼性を高めることができる光偏向装置を提供することを目的とする。  また、本発明は、高電圧での液晶駆動を要する場合でも小型で低コストにできる光偏向装置を提供することを目的とする。
【００１３】
また、本発明は、偏向方向によって液晶駆動電圧値が異なる場合においても同一の偏向量を得ることができる光偏向装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、空間光変調素子の画素数以上の画素数で画像表示が可能なコストパフォーマンスに優れた高精細な画像表示装置を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、複数のサブフィールドの表示期間が異なる場合でもサブフレーム間で均一な表示輝度が得られる画像表示装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、液晶に極性の異なる電圧を周期的に印加することにより光を１周期内でそれぞれの極性の電圧に応じて偏向制御する光偏向装置において、第１端子と第１直流電源の正側端子との間に第１スイッチが接続され、前記第１直流電源の負側端子が第２直流電源の正側端子に接続され、前記第１端子とアースとの間に第２スイッチが接続され、第２端子と前記第１直流電源の負側端子および前記第２直流電源の正側端子との間に第３スイッチが接続され、前記第２端子とアースとの間に第４スイッチが接続され、前記第２直流電源の負側端子がアースに接続された回路を備え、前記液晶に印加される一方の極性である前記第１端子の電圧をＶ１、前記液晶に印加されるもう一方の極性である前記第２端子の電圧をＶ２としたとき、前記液晶に印加される電圧の平均値がゼロになるように前記電圧Ｖ１及びＶ２の値を設定する駆動電圧設定手段を設けたものである。
【００１５】
請求項２に係る発明は、液晶に極性の異なる電圧を周期的に印加することにより光を１周期内でそれぞれの極性の電圧に応じて偏向制御する光偏向装置において、第１端子と第１直流電源の正側端子との間に第１スイッチが接続され、前記第１直流電源の負側端子が第２直流電源の正側端子に接続され、前記第１端子とアースとの間に第２スイッチが接続され、第２端子と前記第１直流電源の負側端子および前記第２直流電源の正側端子との間に第３スイッチが接続され、前記第２端子とアースとの間に第４スイッチが接続され、前記第２直流電源の負側端子がアースに接続され、第６スイッチが前記第３スイッチと前記第１直流電源の負側端子および前記第２直流電源の正側端子との間に挿入され、第５スイッチが前記第１直流電源の正側端子と前記第３スイッチ、前記第６スイッチの接続点との間に接続された回路を備え、前記液晶に印加される一方の極性である前記第１端子の電圧をＶ１、前記液晶に印加されるもう一方の極性である前記第２端子の電圧をＶ２としたとき、前記液晶に印加される電圧の平均値がゼロになるように前記電圧Ｖ１及びＶ２の前記周期内での印加時間を制御する駆動切替制御手段を設けたものである。
【００１６】
請求項３に係る発明は、請求項１記載の光偏向装置において、前記駆動電圧設定手段は、前記液晶に印加される電圧を検出する駆動電圧検出手段と、この駆動電圧検出手段の出力信号に基いて前記電圧Ｖ１及びＶ２の少なくとも一方の値を制御する駆動電圧制御手段とを有し、前記第１直流電源もしくは前記第２直流電源に代えて可変電源を設け、前記駆動電圧検出手段は、前記第１端子と前記第２端子との間に直列に順に接続された第１、第２、第３抵抗からなり、該第２抵抗の両端の電圧値を出力し、前記駆動電圧制御手段は、該出力を増幅した後にローパスフィルタで直流電圧に変換し、該直流電圧によって可変電源の電圧を制御するものである。
【００１７】
請求項４に係る発明は、請求項２記載の光偏向装置において、前記駆動切替制御手段は、前記液晶の応答時間よりも所定時間だけ短い周期で前記液晶を交流駆動するものである。
【００１８】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１つに記載の光偏向装置において、前記液晶に印加される電圧は前記液晶にそれ以上絶対値の大きい電圧を印加しても光偏向量が変化しない偏向飽和電圧以上の絶対値であるものである。
【００１９】
請求項６に係る発明は、画像情報に従って光を制御可能な複数の画素が二次元的に配列した空間光変調素子と、この空間光変調素子を照明する照明装置と、前記空間光変調素子に表示した画像パターンを観察するための光学装置と、画像フィールドを時間的に分割した複数のサブフィールドで形成する表示駆動手段と、前記空間光変調素子の各画素からの出射光の光路を偏向する光偏向装置とを有し、サブフィールド毎の光路の偏向状態に応じて表示位置がずれている状態の画像パターンを表示することで、前記画像表示素子の見かけ上の画素数を増倍して画像を表示する画像表示装置において、前記光偏向装置として請求項１〜４のいずれか１つに記載の光偏向装置を用いたものである。
【００２０】
請求項７に係る発明は、請求項６記載の画像表示装置において、前記複数のサブフィールドそれぞれの期間に応じて画像の表示輝度を制御する輝度制御手段を設けたものである。
【００２１】
請求項８に係る発明は、請求項７記載の画像表示装置において、前記輝度制御手段は、前記複数のサブフィールドごとに前記空間光変調素子に表示される画像の輝度を制御する画像表示制御手段を含むものである。
【００２２】
請求項９に係る発明は、請求項７記載の画像表示装置において、前記輝度制御手段は、前記複数のサブフィールドごとに前記空間光変調素子を照明する光量を制御する照明光量制御手段を含むものである。
【００２３】
請求項１０に係る発明は、請求項９記載の画像表示装置において、前記照明光量制御手段は、前記複数のサブフィールドの画像表示に同期して前記空間光変調素子を照明する光量を変えるフィルタ手段を含むものである。
【００２４】
請求項１１に係る発明は、請求項９記載の画像表示装置において、前記照明光量制御手段は、前記複数のサブフィールドの画像表示に同期して前記空間光変調素子の照明光を遮る遮光手段を含むものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図８は本発明の参考形態を示す。この参考形態は画像表示装置の参考形態であり、光路シフト手段１１及び電圧印加手段１２が光偏向装置を構成する。インテグレータ光学系１３は、例えばフライアイレンズアレイで構成されており、光源１４からの光を均一化する。コンデンサレンズ１５はインテグレータ光学系１３からの照明光を偏光ビームスプリッタ１６を介して空間光変調素子１７に集光し照明するためのものである。光源１４、インテグレータ光学系１３、コンデンサレンズ１５は空間光変調素子１７に光を照明する照明装置を構成している。空間光変調素子１７は、画像情報に従って光を制御可能な複数の画素が二次元的に配列された素子であり、例えば反射型液晶パネルなどが用いられる。
【００２７】
制御手段としての制御回路１８は、空間光変調素子１７を制御し、各サブフィールドごとに空間光変調素子１７の各画素に入射される照明光を各サブフィールドごとの画像情報で変調させて画像光とすることで、画像光を各サブフィールドごとに順次に出力する。ここに、制御回路１８は、画像フィールドを時間的に分割して複数のサブフィールドとする。従って、制御回路１８は、画像フィールドを時間的に分割した複数のサブフィールドで形成する表示駆動手段を兼ねている。
【００２８】
空間光変調素子１７で空間光変調された照明光は、画像光として偏光ビームスプリッタ１６を介して光路シフト手段１１に入射し、光路シフト手段１１により画素の配列方向に設定されたシフト量だけシフトされる。光路シフト手段１１は、液晶を用いて構成されたものであり、液晶により画像光の光路シフトを行う。光路シフト手段１１は電圧印加手段１２から液晶に印加される電圧により液晶による画像光の光路シフトが制御され、電圧印加手段１２は制御回路１８により制御されて光路シフト手段１１の液晶に極性の異なる電圧を周期的に印加することにより光路シフト手段１１の液晶に光を周期的に偏向制御させる。なお、偏光ビームスプリッタ１６は、照明光と画像光を分離するためのものである。
【００２９】
光路シフト手段１１からの出射光は投射レンズ１９で拡大されて画像表示素子としてのスクリーン２０に投射されて画像が表示され、投射レンズ１９及びスクリーン２０は空間光変調素子１７に表示された画像パターンを観察するための光学装置を構成している。光路シフト手段１１の光路シフト量は画素ピッチの整数分の１であることが好ましい。例えば、光路シフト手段１１の光路シフトは、画素の配列方向に対して２倍の画像増倍を行う場合には画素ピッチの１／２にして１周期に付き２回行い、画素の配列方向に対して４倍の画素増倍を行う場合には画素ピッチの１／４にして１周期に付き４回行うことが好ましい。
【００３０】
光路シフト手段１１の光路シフト量をいずれに設定した場合でも、制御回路１８は、光路シフト手段１１による光路シフトのレベル数に応じて画像フレームを時間的に分割した複数のサブフレームで構成し、各サブフレームごとに光路シフト手段１１の光路偏向素子を作用させ、この光路偏向素子の作用状態に応じたスクリーン２０上の表示位置に画像情報を表示させることで、見かけ上高精細な画像を表示させる。
【００３１】
なお、本参考形態では空間光変調素子１７として反射型の液晶パネルを用いたが、空間光変調素子１７としては透過型の液晶パネルやマイクロミラーなどの画像情報に従って光を制御可能な複数の光学素子を二次元的に配列して該光学素子を動作させることで画像表示を行う表示素子も用いることができる。
【００３２】
図１は、上記電圧印加手段１２の構成例を示し、図２はその動作を説明するためのタイミングチャートを示す。
図１において、コンデンサC1、C2及び抵抗Rからなるハイパスフィルタは、直流分除去手段を構成している。コンデンサC1、C2は同じ容量値でよい。端子１、２は上記光路シフト手段１１の液晶に電圧を印加する駆動電圧出力端であり、端子１と直流電源３の正側端子との間にコンデンサC1とスイッチSW1が直列に接続される。直流電源３の負側端子はアースに接続され、コンデンサC1及びスイッチSW1の接続点とアースとの間にスイッチSW2が接続される。端子２と直流電源３の正側端子との間にはコンデンサC2とスイッチSW3が直列に接続され、コンデンサC2及びスイッチSW3の接続点とアースとの間にスイッチSW4が接続される。抵抗Rは端子１と端子２との間に接続され、制御回路１８はスイッチSW1〜SW4を制御して光路シフト手段１１の液晶に極性の異なる電圧を周期的に印加させることで光路シフト手段１１の液晶に光を周期的に偏向制御させる。
【００３３】
端子１、２から光路シフト手段１１の液晶に印加される駆動電圧は、スイッチSW1、SW4がON(導通)でスイッチSW2、SW3がOFF(開放)のときには出力端子2に対して出力端子1が正になるような極性で出力され、逆にスイッチSW1、SW4がOFF(開放)でスイッチSW2、SW3がON(導通)のときには出力端子２に対して出力端子１が負になるような極性で出力される。
【００３４】
スイッチSW1、SW4はON／OFF動作の１周期のうち時間T1だけONして残りの時間T2だけOFFし、スイッチSW2、SW3はON／OFF動作の１周期のうち時間T2だけONして残りの時間T1だけOFFする。このとき、T1≠T2であっても、端子１、２から光路シフト手段１１の液晶に印加される出力電圧Voは上記ハイパスフィルタによって直流分がカットされて光路シフト手段１１の液晶に印加されるので、光路シフト手段１１の信頼性が確保される。
【００３５】
例えば図２に示すようにT1＜T2であれば、Vo＞0時の出力電圧値V1とVo＜0時の出力電圧値V2について|V1|＞|V2|となって直流バランスがとられ、出力電圧Voの直流分がカットされる。T1＞T2の場合も同様に、Vo＞0時の出力電圧値V1とVo＜0時の出力電圧値V2について|V1|＜|V2|となって直流バランスがとられ、出力電圧Voの直流分がカットされる。
【００３６】
この参考形態の光偏向装置によれば、光路シフト手段１１の液晶に印加される直流電圧成分を除去する直流分除去手段としてのコンデンサC1、C2及び抵抗Rからなるハイパスフィルタを設けたので、各偏向方向が時間的に均等には切り替えられないような場合においても対応可能で用途が広く、また部品のバラツキ等があっても液晶駆動電圧に直流分が発生しなくて低コストで信頼性の高い光偏向装置を実現できる。
【００３７】
また、この参考形態の画像表示装置によれば、画像情報に従って光を制御可能な複数の画素が二次元的に配列した空間光変調素子１７と、この空間光変調素子１７を照明する照明装置としての光源１４、インテグレータ光学系１３、コンデンサレンズ１５と、空間光変調素子１７に表示した画像パターンを観察するための光学装置としての投射レンズ１９及びスクリーン２０と、画像フィールドを時間的に分割した複数のサブフィールドで形成する表示駆動手段としての制御回路１８と、空間光変調素子１７の各画素からの出射光の光路を偏向する光偏向装置とを有し、サブフィールド毎の光路の偏向状態に応じて表示位置がずれている状態の画像パターンを表示することで、空間光変調素子１７の見かけ上の画素数を増倍して画像を表示する画像表示装置であって、光偏向装置として光路シフト手段１１及び電圧印加手段１２からなる光偏向装置を用いたので、空間光変調素子の各画素からの出射光の光路をサブフィールド毎の光路の偏向状態に応じて表示位置がずれている状態の画像パターンを表示することにより、低コストの空間光変調素子を用いてその画素数以上の高解像度の画像表示が可能となり、コストパフォーマンスに優れた高精細の画像表示装置を実現できる。
【００３８】
図３は本発明の実施形態１における電圧印加手段を示し、上述の図２は本実施形態１の動作を説明するためのタイミングチャートでもある。本実施形態１の画像表示装置は、上記参考形態において、図３に示す電圧印加手段１２を用いたものであり、直流電源４，５が用いられてコンデンサC1、C2及び抵抗Rからなるハイパスフィルタが省略される。
【００３９】
端子1と直流電源４の正側端子との間にスイッチSW1が接続され、直流電源４の負側端子が直流電源５の正側端子に接続されて端子1とアースとの間にスイッチSW2が接続される。端子２と直流電源４の負側端子及び直流電源５の正側端子との間にスイッチSW3が接続され、端子２とアースとの間にスイッチSW4が接続されて直流電源５の負側端子がアースに接続される。
【００４０】
スイッチSW1，SW4がONでスイッチSW2，SW3がOFFのときには直流電源４の出力電圧V1が端子１に伝えられて出力電圧Vo＝V1となり、スイッチSW2，SW3がONでスイッチSW1，SW4がOFFのときには直流電源５の出力電圧V2が端子２に伝えられて出力電圧Vo＝−V2となる。このとき、電圧V1、V2を出力電圧Voの平均値がゼロになるように適当な値に設定すれば適正な直流バランスが得られ、出力電圧Voの直流分がなくなる。
【００４１】
この実施形態１の光偏向装置によれば、光路シフト手段１１の液晶に印加される一方の極性の電圧をV1、光路シフト手段１１の液晶に印加されるもう一方の極性の電圧をV2としたとき、光路シフト手段１１の液晶に印加される電圧の平均値がゼロになるように電圧V1及びV2の値を設定する駆動電圧設定手段を設けたので、液晶駆動電圧が高いような場合においても高耐圧の部品を極力用いることなく小型かつ低コストで信頼性の高い光偏向装置を実現できる。
【００４２】
図４は本発明の実施形態２における電圧印加手段を示し、図５は本実施形態２の動作を説明するためのタイミングチャートを示す。本実施形態２の画像表示装置は、上記参考形態において、図４に示す電圧印加手段１２を用いたものであり、駆動切替制御手段としてのスイッチSW5，SW6が設けられる。スイッチSW6はスイッチSW3と直流電源４の負側端子及び直流電源５の正側端子との間に挿入され、スイッチSW5は直流電源４の正側端子とスイッチSW3，SW6の接続点との間に接続される。制御回路１８はスイッチSW5，SW6を図５に示すように制御することで、光路シフト手段１１の液晶に印加される電圧の平均値がゼロになるように電圧V1及びV2の１周期内での印加時間を制御する。ここでも、T1＜T2として説明するが、T1＞T2の場合も全く同様である。
【００４３】
スイッチSW1，SW4がONの期間T1においては出力電圧Vo＝V1である。一方，スイッチSW2，SW3がONの期間T2においては、所定の期間T3(＜T1)ではスイッチSW6がOFFでスイッチSW5がONしてVo＝−V1となるが、残りの期間(T2−T3)ではスイッチSW5がOFFでスイッチSW6がONしてVo＝−V2に切り替わる。T3を光路シフト手段１１の液晶に印加される電圧の平均値がゼロになるように適当な値に設定することにより直流バランスをとることができて出力電圧Voの直流分がなくなる。
【００４４】
この実施形態２の光路シフト手段１１及び電圧印加手段１２からなる光偏向装置によれば、光路シフト手段１１の液晶に印加される一方の極性の電圧をV1、光路シフト手段１１の液晶に印加されるもう一方の極性の電圧をV2としたとき、光路シフト手段１１の液晶に印加される電圧の平均値がゼロになるように電圧V1及びV2の１周期内での印加時間を制御する駆動切替制御手段としてのスイッチSW5，SW6を設けたので、液晶駆動電圧が高いような場合においても高耐圧の部品を用いる必要がなく小型かつ低コストで信頼性の高い光偏向装置を実現できる。
【００４５】
図６は本発明の実施形態３における電圧印加手段を示す。本実施形態３の画像表示装置は、上記実施形態１において、図６に示す電圧印加手段１２を用いたものであり、駆動電圧設定手段として駆動電圧検出手段６及び駆動電圧制御手段７が用いられる。
【００４６】
駆動電圧検出手段６は端子１と端子２との間に直列に接続された２つの抵抗R1，R2と抵抗Rsからなり、端子１と端子２との間の出力電圧Voを分圧して検出電圧Vsとして出力する。ここで、２つの抵抗R1，R2は、検出電圧Vsが適当な電圧値になるように出力電圧Voを分圧するためのものである。駆動電圧制御手段７は増幅器AMP，ローパスフィルタLPFからなり、直流電源５の代りに可変電源８が用いられる。なお、直流電源４の代りに可変電源８を用い、または直流電源４、５の代りに可変電源を用いるようにしてもよい。駆動電圧検出手段６の検出電圧Vsは増幅器AMPによって適当な値に増幅された後にローパスフィルタLPFで直流電圧に変換される。可変電源８はローパスフィルタLPFから出力される直流電圧によって、光路シフト手段１１の液晶への印加電圧Voの直流成分がゼロになるように出力電圧V2が制御される。
【００４７】
この実施形態３の光偏向装置によれば、駆動電圧設定手段は、光路シフト手段１１の液晶に印加される電圧を検出する駆動電圧検出手段６と、この駆動電圧検出手段６の出力信号に基いて電圧V1及びV2の少なくとも一方の値を制御する駆動電圧制御手段７とを有するので、駆動電圧が高いような場合においても高耐圧の部品を極力用いることなく小型かつ低コストで信頼性の高い光偏向装置を実現できる。
【００４８】
図７は本発明の実施形態４における電圧印加手段の動作を説明するためのタイミングチャートを示す。本実施形態４の画像表示装置は、上記実施形態２において、電圧印加手段１２としては例えば前述した図１４に示す電圧印加手段を用いるが、これに限るものではない。光路シフト手段１１の液晶に印加される電圧の平均値がゼロになるように電圧V1及びV2の１周期内での印加時間を制御する駆動切替制御手段は制御回路１８が兼ねる。スイッチSW1〜SW4は制御回路１８により図７に示すように光路シフト手段１１の液晶に極性の異なる電圧を周期的に印加するように制御される。
【００４９】
図７に示すように、T1＜T2であるとき、スイッチSW1，SW4は、ON／OFF動作の１周期において、T1にONしてT2の始めのT1だけOFFし、その後は2・T4の周期でON／OFFする。スイッチSW2、SW3は、ON／OFF動作の１周期において、T1にOFFしてT2の始めのT1だけONし、その後は2・T4の周期でOFF／ONする。
【００５０】
したがって、期間T2のうちの期間(T2-T1)には2・T4の周期で光路シフト手段１１の液晶を交流電圧で駆動する。ここで、T4を光路シフト手段１１の液晶の光偏向の応答時間よりも短い時間に設定することにより、期間(T2-T1)には光路シフト手段１１の光偏向状態はそのままで液晶駆動電圧の直流バランスを得ることができる。
【００５１】
この実施形態４の光偏向装置によれば、駆動切替制御手段としての制御回路１８は、光路シフト手段１１の液晶の応答時間よりも所定時間だけ短い周期で光路シフト手段１１の液晶を交流駆動するので、駆動電圧が高いような場合においても高耐圧の部品を用いる必要がなく小型かつ低コストで信頼性の高い光偏向装置を実現できる。
【００５２】
図１３は本発明の実施形態５の光路シフト手段１１を構成する光偏向素子の上面図、正面図及び側面図を示す。この実施形態５の画像表示装置は、上記参考形態及び実施形態１〜４において、光路シフト手段１１として図１３に示す光偏向素子を有する光路シフト手段が用いられる。図１３に示す光偏向素子においては、一対の透明な基板２１、２２が対向して配置され、その少なくとも一方の基板（ここでは基板２１）の内面に垂直配向膜２３が形成される。この垂直配向膜２３と他方の基板２２との間にはキラルスメクチックＣ相を形成可能な液晶層２４が充填される。
【００５３】
このような一対の透明基板２１、２２、垂直配向膜２３及び液晶層２４を有する構造体に対して、目的とする光偏向方向に対応させて図１３（Ｂ）に示すように電極２５、２６が配置され、この電極２５、２６は電圧印加手段１２の端子１、２が接続されて電圧印加手段１２の出力電圧Voが印加される。電極２５、２６は、スペーサと兼用され、光路と重ならない位置で当該光偏向素子の液晶回転軸に対して略垂直な方向に電界ベクトルが向くように設置される。直線偏光の入射光ｉは、電極２５、２６により形成される電界（図中白抜き矢印方向ｅ１，ｅ２の電界）によって偏向を受け、出射光Ｉ１またはＩ２として出射される。
【００５４】
液晶層２４に関して説明すると、スメクチック液晶は、液晶分子の長軸方向（液晶ダイレクタ方向）をほぼ揃えており、その液晶分子が方向を揃えたまま層状に配列された液晶である。このような液晶に関し、液晶分子の長軸方向が上記層の法線方向と一致している液晶相をスメクチックＡ相と呼び、液晶分子の長軸方向が層法線方向と一致せずに傾斜している液晶相をスメクチックＣ相と呼ぶ。一般に強誘電性を発現する液晶材料は、分子構造中に不斉炭素を有しているため、外部磁界が働かない状態において各層毎に液晶ダイレクタの方位角の方向が螺旋状に回転していわゆる螺旋構造をとり、キラルスメクチックＣ相と呼ぶ。
【００５５】
光路シフト手段１１においては、上述のとおりキラルスメクチックC層を形成した液晶層２４を有し、液晶層２４に印加される電圧による電界の強度及び方向に応じて液晶層２４の平均的な光学軸の傾斜方向を変化させて直線偏光で入射した光の透過光路を偏向させるものであるが、このような光路シフト手段１１を有する光偏向装置では、それ以上絶対値の大きい電圧を液晶層２４に印加しても光偏向量が変化しない偏向飽和領域が存在する。その光偏向量が変化しない印加電圧の最小電圧を偏向飽和電圧と呼ぶこととすると、液晶層２４に印加する駆動電圧をその偏向飽和電圧以上に設定すればその電圧値のいかんに関わらず光偏向量を一定にすることができる。そこで、本実施形態５では、電圧印加手段１２から液晶層２４に印加する駆動電圧（電圧印加手段１２の出力電圧）を上記偏向飽和電圧以上に設定している。
【００５６】
この実施形態５の光偏向装置によれば、液晶層２４に印加される電圧は液晶層２４にそれ以上絶対値の大きい電圧を印加しても光偏向量が変化しない偏向飽和電圧以上の絶対値に設定したので、各偏向方向を時間的に均等には切り替えられないような場合においても同じ偏向量での光偏向制御を実現できる。
【００５７】
図９は本発明の実施形態６の輝度制御手段を示す。この実施形態６では、上記実施形態５において、図９に示す輝度制御手段が設けられている。
図９において、読み出し制御回路２７は、１フレーム分の画像データが記憶されたフレームメモリ２８からサブフレームごとに画像データを所定の順序に従って読み出す。この読み出し制御回路２７により読み出された画像データはγ補正回路２９，３０に入力される。
【００５８】
γ補正回路２９，３０は、それぞれ異なるピーク輝度にて最適化された階調特性で画像が表示されるように入力画像データを処理する。選択回路３１は、サブフレームの表示期間が異なる場合に、サブフレーム間の表示輝度を均一化するためにγ補正回路２９，３０の出力のいずれか一方を選択して空間光変調素子１７に出力する。タイミング制御回路３２は上述の一連の動作を制御するものである。
【００５９】
この実施形態６によれば、複数のサブフィールドそれぞれの期間に応じて画像の表示輝度を制御する輝度制御手段を設けたので、例えばデータ転送制御シーケンス等の仕様から複数のサブフィールドの表示期間が必ずしも同一に設定できないような汎用の部品や装置を用いても複数のサブフレーム間で表示輝度のムラが生じることなく、より一層低コストで高品質の高精細の画像表示装置を実現できる。
【００６０】
すなわち、画像表示装置を実現する際には多くの場合、汎用の部品や装置を用いて低コスト化することが求められるが、そのような汎用の部品や装置においては例えばデータ転送制御シーケンスの仕様による制約などから、複数のサブフィールドの表示期間を必ずしも同一に設定できない場合がある。そのような場合、どのサブフレームも同一に表示したのではサブフレーム間で表示輝度のムラが生じてしまう。本実施形態は、複数のサブフィールドそれぞれの期間に応じて画像の表示輝度を制御する輝度制御手段を設けたので、データ転送制御シーケンス等の仕様から複数のサブフィールドの表示期間が必ずしも同一に設定できないような汎用の部品や装置を用いても複数のサブフレーム間で表示輝度のムラが生じることなく、より一層低コストで高品質の高精細の画像表示装置を実現できる。
【００６１】
また、この実施形態６によれば、輝度制御手段は、複数のサブフィールドごとに空間光変調素子17に表示される画像の輝度を制御する画像表示制御手段を含むので、データ転送制御シーケンス等の仕様から複数のサブフィールドの表示期間が必ずしも同一に設定できないような汎用の部品や装置を用いても複数のサブフレーム間で表示輝度のムラが生じることなく、より一層低コストで高品質の高精細の画像表示装置を実現できる。
【００６２】
図１０は、本発明の実施形態７を示す。この実施形態７では、上記参考形態及び実施形態１〜６において、集光レンズ３２は光源３３からの照明光を円盤状の照明光量制御手段３４に集光する。コリメータレンズ３５は、照明光量制御手段３４を通過した光を平行化し、偏光ビームスプリッタ１６を介して空間光変調素子１７に集光し照明する。ここで、照明光量制御手段３４は、画像のサブフレーム表示に同期してモータ３６によって回転駆動されて回転軸３７を中心に回転し、サブフレーム間における表示輝度を均一化するように空間光変調素子１７を照明する光量を制御する。
【００６３】
図１１は照明光量制御手段３４としてのフィルタ手段を示す。このフィルタ手段は複数のサブフレームに対応する長さを有する領域３８、３９を有し、複数のサブフレームは領域３７に対応する長い表示期間を有するものと、領域３９に対応する短い表示期間に対応するものがある。サブフレーム間の表示輝度を均一化するために領域３８の光透過率は領域３９の光透過率よりも小さくなっている。集光レンズ３２からの照明光は複数のサブフィールドの画像表示に同期して複数の領域３８、３９を通過する。
【００６４】
この実施形態７によれば、輝度制御手段は、複数のサブフィールドごとに空間光変調素子１７を照明する光量を制御する照明光量制御手段を含むので、データ転送制御シーケンス等の仕様から複数のサブフィールドの表示期間が必ずしも同一に設定できないような汎用の部品や装置を用いても複数のサブフレーム間で表示輝度のムラが生じることなく、より一層低コストで高品質の高精細の画像表示装置を実現できる。
【００６５】
また、この実施形態７によれば、照明光量制御手段は、複数のサブフィールドの画像表示に同期して空間光変調素子１７の照明光量を変えるフィルタ手段３４を含むので、データ転送制御シーケンス等の仕様から複数のサブフィールドの表示期間が必ずしも同一に設定できないような汎用の部品や装置を用いても複数のサブフレーム間で表示輝度のムラが生じることなく、より一層低コストで高品質の高精細の画像表示装置を実現できる。
【００６６】
図１２は本発明の実施形態８の照明光量制御手段を示す。この実施形態８では、上記実施形態７おいて、図１２に示す照明光量制御手段３４が用いられる。この照明光量制御手段３４は、複数のサブフレームに対応する長さを有する領域４０、４１と、遮光手段としての遮光領域４２とを有し、複数のサブフレームは領域４０に対応する長い表示期間を有するものと、領域４１に対応する短い表示期間に対応するものがある。サブフレーム間の表示輝度を均一化するために領域４０の１部に遮光領域４２が設けられている。集光レンズ３２からの照明光は、複数のサブフィールドの画像表示に同期して、領域４０、４１を透過して遮光領域４２で遮光される。
【００６７】
この実施形態７によれば、照明光量制御手段３４は、複数のサブフィールドの画像表示に同期して空間光変調素子１７の照明光を遮る遮光手段４２を含むので、データ転送制御シーケンス等の仕様から複数のサブフィールドの表示期間が必ずしも同一に設定できないような汎用の部品や装置を用いても複数のサブフレーム間で表示輝度のムラが生じることなく、より一層低コストで高品質の高精細の画像表示装置を実現できる。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、各偏向方向が時間的に均等には切り替えられないような場合においても対応可能で用途が広く、また部品のバラツキ等があっても液晶駆動電圧に直流分が発生しなくて低コストで信頼性の高い光偏向装置を実現できる。
また、液晶駆動電圧が高いような場合においても高耐圧の部品を極力用いることなく小型かつ低コストで信頼性の高い光偏向装置を実現できる。
【００６９】
また、各偏向方向を時間的に均等には切り替えられないような場合においても同じ偏向量での光偏向制御を実現できる。
また、空間光変調素子の各画素からの出射光の光路をサブフィールド毎の光路の偏向状態に応じて表示位置がずれている状態の画像パターンを表示することにより、低コストの空間光変調素子を用いてその画素数以上の高解像度の画像表示が可能となり、コストパフォーマンスに優れた高精細の画像表示装置を実現できる。
【００７０】
さらに、データ転送制御シーケンス等の仕様から複数のサブフィールドの表示期間が必ずしも同一に設定できないような汎用の部品や装置を用いても複数のサブフレーム間で表示輝度のムラが生じることなく、より一層低コストで高品質の高精細の画像表示装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の参考形態における電圧印加手段を示す回路図である。
【図２】  同電圧印加手段の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】  本発明の実施形態１における電圧印加手段を示す回路図である。
【図４】  本発明の実施形態２における電圧印加手段を示す回路図である。
【図５】  同電圧印加手段の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】  本発明の実施形態３における電圧印加手段を示す回路図である。
【図７】  本発明の実施形態４における電圧印加手段の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図８】  上記参考形態を示す概略図である。
【図９】  本発明の実施形態６の輝度制御手段を示すブロック図である。
【図１０】  本発明の実施形態７を示す概略図である。
【図１１】  同実施形態７の照明光量制御手段を示す平面図である。
【図１２】  本発明の実施形態８の照明光量制御手段を示す平面図である。
【図１３】  本発明の実施形態５の光路シフト手段を構成する光偏向素子を示す上面図、正面図及び側面図である。
【図１４】  電圧印加手段の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
３〜５      直流電源
AMP      増幅器
LPF      ローパスフィルタ
８      可変電源
１１      光路シフト手段
１２      電圧印加手段
１３      インテグレータ光学系
１４      光源
１５      コンデンサレンズ
１６      偏光ビームスプリッタ
１７      空間光変調素子
１８      制御回路
１９      投射レンズ
２０      スクリーン
SW1〜SW6      スイッチ
C1、C2      コンデンサ
R，R1，R2，Rs      抵抗
２１、２２      基板
２３      垂直配向膜
２４      液晶層
２５、２６      電極
【図１】
0004194393.tif 000002
【図２】
0004194393.tif 000003
【図３】
0004194393.tif 000004
【図４】
0004194393.tif 000005
【図５】
0004194393.tif 000006
【図６】
0004194393.tif 000007
【図７】
0004194393.tif 000008
【図８】
0004194393.tif 000009
【図９】
0004194393.tif 000010
【図１０】
0004194393.tif 000011
【図１１】
0004194393.tif 000012
【図１２】
0004194393.tif 000013
【図１３】
0004194393.tif 000014
【図１４】
0004194393.tif 000015