JP2001272630A - 画像表示装置および画像表示装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 画素をシフトして表示する技術を用い、クロ
ストークない高解像度の画像を表示する。 【解決手段】 エバネセント光を用いた光スイッチング
素子１０では、抽出面３ａの半分の面が明光になる。し
たがって、この光スイッチング素子１０を用いた表示デ
バイスから出射される光を適当な手段により素子の半ピ
ッチ分シフトすることによりクロストークすることなく
高解像度の画像を表示することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、データプロジェク
タ、ビデオプロジェクタなどの映像型あるいは直視方の
画像表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶をライトバルブとして用いたプロジ
ェクタなどの画像表示装置において、ライトバルブある
いはそれを投射する光学系を振動することにより高解像
度化することが知られている。特開平５−１４２６５４
号では液晶パネルを振動することによりモアレ縞を消滅
させたように表示するものである。特開平７−１０４２
７８号は、液晶パネルと投写レンズとの間にプリズムを
配置し、これを振動することによりテレビジョン画像の
画質向上を図るものである。さらに、特開平７−３０６
４７１号は、液晶からの出射光を走査する走査ミラーを
振動させることが記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これらの液晶プロジェ
クタにおいては、画素数の少ない安価な液晶パネルを用
いて高解像度の画像を簡単に得ることができるというメ
リットが記載されている。しかしながら、たとえば、画
素の半ピッチで振動させたときには隣接した画素と５０
％近く重複して表示されるのでクロストークが発生する
ことになり画像が劣化する原因となる。特に、カラー画
像を表示するために各色の光を順番に照射するカラーシ
ーケンシャル表示のプロジェクタにおいては、隣接する
画素が５０％づつ重複するので混色の制御が非常に難し
くなる。したがって、画素の半ピッチで振動させること
により確かに画素の半ピッチで異なる情報を表示できる
が、クロストークがあるので、それを考慮した表示が可
能なように画像データを変換する必要があり、現実的で
ない。

【０００４】一方、画素を表示する液晶セルを液晶ある
いは光学系を振動する方向に１画素分のスペースを空け
て配置することによりクロストークを防止することが可
能である。しかしながら、液晶の開口率が５０％以下に
なるので入射光の利用効率が低下し、明るい画像を表示
することができない。

【０００５】そこで、本発明においては、画素ずらしの
技術を用いて、簡単に高解像度の画像を表示することが
でき、さらに、光の利用効率も維持することができる画
像表示装置を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このため、本発明におい
ては、画素をずらしてもクロストークしないように画素
を形成するスイッチング素子の出射側は間隔を空けて配
置すると共に、そのスイッチング素子の入力側は出射側
よりも間隔を空けないで配置するようにしている。この
ため、本発明の画像表示装置は、入射光を画素毎に変調
して出射し画像を表示可能な表示デバイスと、この表示
デバイスおよび表示デバイスの出射光の少なくともいず
れかを変位して表示デバイスの１画素により複数の画素
を表現する変位手段とを有する画像表示装置であって、
表示デバイスは画素毎に入射光を受光する面積が出射す
る面積より大きいことを特徴としている。このような表
示デバイスを用いることにより入射光のロスを最小限に
抑えると共に出射する面積を小さくできるので、出射側
では画素を間隔を空けて配置でき、変位手段により画素
をずらして表示してもクロストークが発生することがな
い。したがって、少ない画素数の表示デバイスにより高
解像度の画像を表示することができる。また、クロスト
ークがないので、隣接するスイッチング素子から出射さ
れる光との干渉もなく、画像表示データの変換も容易と
なる。したがって、低コストで高解像度の画像を表示で
きる画像表示装置を提供できる。

【０００７】受光する面積に対し出射する面積が５０％
以下であれば、受光する面積が入射光を１００％受光で
きる面積であっても、クロストークなく変位するように
各画素を表示する光スイッチング素子が配置された表示
デバイスを提供できる。そして、表示画像がシームレス
で明るくするには、出射する面積を受光する面積の５０
パーセント程度にすることが望ましい。

【０００８】たとえば、出射側にマイクロレンズなどを
配置することにより出射する面積を画素毎に絞ることが
可能である。しかしながら、光学素子が追加になると共
に、ミクロンオーダでの組み立て技術が必要になるので
高価になる。さらに、液晶は応答速度が低いという問題
を抱えており、時間的な解像度を上げることができな
い。これに対し、入射光を画素毎に変調して出射し画像
を表示可能な表示デバイスを有し、この表示デバイスに
対する入射光の角度と、出射光の角度が非対象な画像表
示装置においては、入射光をロスすることなく、入射光
の方向に投影される面積に対し出射方向に投影される面
積を小さくすることができる。したがって、この表示デ
バイスおよび表示デバイスの出射光の少なくともいずれ
かを変位して前記表示デバイスの１画素により複数の画
素を表現する変位手段とを有する画像表示装置において
は、光に利用効率を下げずに、本発明により高解像度の
画像を表示することができる。

【０００９】すなわち、表示デバイスが画素毎に入射光
をスイッチングするスイッチング素子がアレイ状に配置
されている反射型のものにおいては、スイッチング素子
が配置された面に対する入射光と出射する光の角度を変
えることにより入射光の方向に投影される面積に対し出
射方向に投影される面積を小さくすることができる。出
射方向が表示デバイスの面に対し垂直であれば、表示デ
バイスの面に対し入射光の角度を３０度程度あるいはそ
れ以下にすれば出射する面積の比率を５０％程度あるい
はそれ以下にすることができる。

【００１０】表示デバイスとしてミラーの角度がオンオ
フで変化する、デジタルミラー型のデバイスを用いるこ
とも可能であるが、ミラーを駆動する角度を大きくする
ことが難しい。これに対し、入射光を反射する三角形、
二等辺三角形、台形などの斜面を具備するマイクロプリ
ズムを備えた光学素子と、この光学素子を駆動するアク
チュエータとを備えたスイッチング素子であれば反射角
度の設定が自由であり、駆動速度も速くできる。

【００１１】たとえば、表示デバイスの１画素が入射光
が入射する方向に長く、この入射する方向に直交する方
向が短い長方形とすることにより、反射する斜面を用い
て出射する面積が受光する面積の５０パーセントにする
ことができる。さらに、表示デバイスの１画素の入射す
る方向の長さと、入射する方向と直交する方向の長さの
比をほぼ２：１にすると、５０％の出射面積でほぼ正方
形の画素を表示することができる。

【００１２】さらに、入射光を全反射して伝達可能な光
ガイドを設け、光学素子をアクチュエータにより全反射
する面から漏れ出るエバネセント光を抽出する位置と、
抽出しない位置に駆動する表示デバイスにおいては、波
長程度の距離を動かすことによりスイッチングできるの
で非常に高速でコントラストの高い画像を表示できる。

【００１３】変位手段が、表示デバイスおよび表示デバ
イスの出射光の少なくともいずれかを、出射する面積と
ほぼ同じピッチで所定の方向に周期的に変位させること
により解像度を増すことができる。上記の、表示デバイ
スの１画素を形成するスイッチング素子の光学素子が入
射光が入射する方向に長く、この入射する方向に直交す
る方向が短い長方形であるときは、入射方向に周期的に
変位することにより、１つの画素あるいはスイッチング
素子により複数の画素を表現することができ、クロスト
ークも発生しない。

【００１４】たとえば、プロジェクタなどの出射光をス
クリーン上に投射するレンズシステムを有する画像表示
装置においては、変位手段として表示デバイスとレンズ
システムとの相対位置を周期的に機械的に変更するもの
を採用できる。また、レンズシステムに対する表示デバ
イスの見かけ上の位置を光学的に周期的に変更すること
も可能である。さらに、スクリーンに対するレンズシス
テムおよび表示デバイスの少なくともいずれか一方の見
かけ上の位置を光学的に周期的に変更するようにしても
良い。光学的に変位するには、出射光が通過する光路に
平面ガラスまたは平面鏡を設置し、それらの角度を周期
的に変えることが可能である。また、駆動する手段とし
ては、圧電素子が電気的に制御しやすい。

【００１５】特に、表示デバイスに対する入射光の角度
と出射光の角度が異なる画像表示装置においては、変位
手段は前記表示デバイスおよび表示デバイスの出射光の
少なくともいずれかを、入射する方向に周期的に変位す
ることが望ましい。たとえば、出射光をスクリーン上に
投射するレンズシステムを有する場合は、変位手段によ
り表示デバイスとレンズシステムとの相対位置を入射す
る方向に周期的に変更する。出射光をスクリーン上に投
射するレンズシステムを有する場合は、変位手段により
レンズシステムに対する表示デバイスの見かけ上の位置
を入射する方向に光学的に周期的に変更する。出射光を
スクリーン上に投射するレンズシステムを有する場合
は、変位手段によりスクリーンに対するレンズシステム
および表示デバイスの少なくともいずれか一方の見かけ
上の位置を前記入射する方向に光学的に周期的に変更す
る。さらに、出射光が通過する平面ガラスまたは平面鏡
を有する場合は、変位手段により、平面ガラスまたは平
面鏡の入射する方向の角度を周期的に変える。

【００１６】さらに、入力光の各色を所定の周期で表示
デバイスに入力する手段を設け、カラー画像を表示する
場合は、変位手段で入力光の各色の周期に同期して表示
デバイスおよび表示デバイスの出射光の少なくともいず
れかを周期的に変位することにより表示される各画素を
マルチカラー表示できる。また、入射光を画素毎に変調
して出射し画像を表示可能な表示デバイスと、この表示
デバイスおよび表示デバイスの出射光の少なくともいず
れかを変位して表示デバイスの１画素により複数の画素
を表現する変位手段と、入力光の各色を所定の周期で前
記表示デバイスに入力する手段を有する画像表示装置の
制御方法においては、変位手段により、入力光の各色の
周期に同期して表示デバイスおよび表示デバイスの出射
光の少なくともいずれかを周期的に変位する工程を設け
ることにより、マルチカラー表示が行える。

【００１７】入力光の各色の各周期の間に表示デバイス
および表示デバイスの出射光の少なくともいずれかを変
位することが可能であり、画素を変位する速度あるいは
周期に対し、色の切替周期を遅くできる。また、入力光
のすべての色の光が入力されるのと同期して表示デバイ
スおよび表示デバイスの出射光の少なくともいずれかを
変位することも可能であり、色の切替周期に対し画素を
変位する周期を遅くできる。さらに、入力光の各色が入
力されるタイミングと同じタイミングで同期して表示デ
バイスおよび表示デバイスの出射光の少なくともいずれ
かを変位することも可能であり、画素の変位および色の
切替周期が早くなるので、見やすいカラー画像を表示で
きる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照しながら本発明
をさらに説明する。図１に、エバネセント光によるスイ
ッチングを行う映像あるいは画像表示デバイスを用いた
画像表示装置の一例としてプロジェクタ８０を示してあ
る。このプロジェクタ８０は、白色光源８１と、この白
色光源８１からの光を３原色に分解して画像表示ユニッ
ト５５の導光板（光ガイド）１に入射させる回転色フィ
ルタ８２と、各色の光を変調して出射する映像表示ユニ
ット５５と、出射された光８５を投映する投写用レンズ
８６とを備えている。そして、各色毎の変調された光８
５がスクリーン８９に投写され、時間的に混色されるこ
とにより多諧調のマルチカラーの画像が出力される。プ
ロジェクタ８０は、さらに、画像表示ユニット５５およ
び回転色フィルタ８２を駆動するモータ５３を制御して
カラー画像を表示する制御回路８４を備えている。この
制御回路８４から画像表示ユニット５５を光ガイド１と
共に構成する画像表示デバイス５０に対して、カラー画
像を表示するためのデータφなどが供給される。

【００１９】さらに、本例のプロジェクタ８０は、表示
デバイス５０により変調され、画像表示ユニット５５か
ら出射される光により投影される画素の位置を周期的に
変位して画素数を増やし、出力画像の解像度を上げるた
めの変位装置７０を備えている。本例の変位装置７０
は、透過性の平面ガラス７１と、この平面ガラス７１の
投射方向に対する向きを周期的に変えるアクチュエータ
７２と、このアクチュエータ７２を制御するアクチュエ
ータコントロール回路７３とを備えている。そして、カ
ラー画像用のデータおよび色回転フィルタ８２と共に制
御回路８４の制御の元で、画像表示および入力光の色切
替と同期して駆動される。

【００２０】図１に示したプロジェクタ８０は、光ガイ
ド１に供給された投映用の光のうち、光ガイド１から漏
出するエバネセント光を制御あるいは変調して画像を表
示する表示デバイス５０を採用している。図２に、エバ
ンセント波（エバネセント光）を利用して光を変調する
表示デバイス（エバネセント光スイッチングデバイス）
の概要を示してある。表示デバイス５０は複数の光スイ
ッチング素子（光スイッチング機構）１０が２次元に配
列されたデバイスであり、個々の光スイッチング素子１
０は、単体では導入された光２を全反射して伝達可能な
導光板（光ガイド）１に接近および離反して光を変調可
能な光学素子３と、この光学素子部３を駆動するアクチ
ュエータ６とを備えている。そして、光学素子３の層お
よびアクチュエータ６の層がアクチュエータ６を駆動す
る駆動回路およびデジタル記憶回路（記憶ユニット）が
作りこまれた半導体基板２０の上に積層され、１つの映
像表示デバイスとして集積化されている。

【００２１】図２を参照してエバネセント光を利用した
本例の表示デバイス５０についてさらに詳しく説明して
おく。個々の光スイッチング素子１０をベースに説明す
ると、図２の左側に示した光スイッチング素子１０ａは
オン状態であり、右側に示した光スイッチング素子１０
ｂがオフ状態である。光学素子３は、導波路としての機
能を果たす導光板１の面（全反射面）１ａに密着する面
（接触面または抽出面）３ａと、この面３ａが全反射面
１ａに密着したときに漏れ出たエバネセント波を抽出し
て内部で導光板１に対しほほ垂直な方向に反射するＶ字
型の反射プリズム（マイクロプリズム）４と、このＶ字
型のプリズム４を支持するサポート構造５とを備えてい
る。

【００２２】アクチュエータ６は、光学素子３を静電駆
動できるようになっており、光学素子３のサポート構造
５が機械的に連結された上電極７と、この上電極７と対
峙した下電極８とを備えている。そして、下電極８と、
上電極７のアンカープレート９は半導体基板２０の最上
面２０aに積層されている。上電極７はアンカープレー
ト９から上方に伸びた支柱９aにより支持されており、
下電極８と上電極７との間に空間が形成されている。し
たがって、たとえば、プレート９を介して上電極７を接
地し、下電極８に対し駆動ユニット２１から電位あるい
は電荷を加える（以降においては高電位）と上電極７が
下方に動き、これに連動して光学素子部３が導光板１か
ら離れる（第２の位置）。一方、上電極７は弾性部材と
しての機能を部分的に備えており、下電極８に記憶ユニ
ット２１から加えられていた電位あるいは電荷が除去さ
れる、あるいは解除される（以降においては低電位）
と、下電極８から上電極７が離れ、上電極７の弾性によ
り光学素子部３が導光板１に密着する（第１の位置）。

【００２３】図２に示したように、導光板１には光源か
ら照明光２が全反射面１aで全反射する角度で供給され
ている。微視的には、導光板１の全反射している面１ａ
の付近では、導光板１から光の波長程度のごく僅かな距
離だけ、照明光２が一度漏出し、進路を変えて再び導光
板１の内部に戻るという現象が起きている。このように
面１ａから漏出した光を一般にエバネッセント波と呼
ぶ。このエバネッセント波は、全反射面１ａに光の波長
程度またはそれ以下の距離で他の光学部材を接近させる
ことにより取り出すことができる。本例の光スイッチン
グ素子１０は、この現象を利用して導光板１を伝達する
光を高速で変調、すなわち、スイッチング（オンオフ）
することを目的としてデザインされている。

【００２４】したがって、光スイッチング素子１０ａで
は、光学素子３が導光板１の全反射面１ａに接触した第
１の位置にあるので、光学素子３の面３ａによりエバネ
セント波を抽出することができる。このため、光学素子
３のマイクロプリズム４で抽出した光２は角度が変えら
れて出射光２ａとなる。そして、この出射光２ａが図１
に示すプロジェクタ８０の投映用の光８５として利用さ
れる。一方、光スイッチング素子１０ｂでは、駆動ユニ
ット２１により上下電極７および８に極性の異なる電圧
が印加され、これらの電極７および８の間に働く静電力
により光学素子３が導光板１から離れた第２の位置に動
かされる。したがって、光学素子３によってエバネセン
ト波は抽出されず、光２は導光板１の内部から出ない。

【００２５】エバネセント波を用いた光スイッチング素
子は単独でも光をスイッチングできる装置として機能す
るが、図２に示したように、これらを１次元あるいは２
次元方向、さらには３次元に並べて配置することができ
る構成になっている。特に２次元にマトリクスあるいは
アレイ状に並べて配置することにより、液晶と同様に平
面的な画像を表示可能な表示デバイス５０および画像表
示ユニット５５を提供することができる。そして、エバ
ネセント光を用いた表示デバイス５０では、光学素子３
の移動距離がサブミクロンオーダとなるので、液晶より
１桁あるいはそれ以上応答速度の速い光変調装置として
利用でき、これを用いたプロジェクタ８０あるいは直視
型の画像表示装置を提供することが可能となる。さら
に、エバネセント光を用いた光スイッチング素子１０
は、サブミクロンオーダの動きで光をほぼ１００パーセ
ントオンオフすることが可能であり、非常にコントラス
トの高い画像を表現することができる。このため、時間
的な分解能を高くすることが容易であり、高コントラス
トの画像表示装置を提供できる。

【００２６】さらに、駆動回路などが作りこまれた半導
体集積基板２０にアレイ状に配置されたアクチュエータ
６および光学素子３が積層された構成の表示デバイス５
０を１チップで提供することが可能である。すなわち、
半導体基板２１の上にアクチュエータ６および光学素子
３といったマイクロストラクチャが構築されたマイクロ
マシンあるいは集積化デバイスである表示デバイス５０
と光ガイド１とを組み立てることにより表示ユニット５
５を供給でき、これを組み込むことにより動作速度が速
く高解像で、さらに、高コントラストの画像を表示でき
るプロジェクタを提供できる。

【００２７】図３に本例の表示ユニット５５を出射側か
ら見た様子を、一部拡大して示してある。光スイッチン
グ素子１０を構成する光学素子３を出射側、すなわち、
投射レンズ８６から見た形状は入射光２の入射方向Ｘに
長く、入射方向Ｘと直交する方向Ｙが短い長方形であ
り、Ｘ方向の長さＸＬとＹ方向の長さＹＬの比はほぼ
２：１になっている。また、光学素子３には、全反射面
１ａから抽出した光を光ガイド１の方向に反射するため
にＸ方向の断面が二等辺三角形のマイクロプリズム（プ
リズム）４がＶ字型、すなわち、下に凸となるように形
成されている。したがって、入射光２は、光学素子３に
抽出されると、プリズム４の面の４ａおよび４ｂのう
ち、入射光２に面した側４ｂで反射され出射光２ａとな
って出力される。このため、図３に示すように、アレイ
状に並んだ光スイッチング素子１０がすべてオン状態１
０ａであっても、光学素子３の抽出面３ａのうち、プリ
ズム４の面４ｂにあたる抽出面３ａの半分の面積が明る
くなるだけである。

【００２８】しかしながら、本例の映像表示ユニット５
５の入射光の利用効率は高い。図２を参照すればわかる
ように、入射光２は、光ガイド１の全反射面１ａで反射
するように全反射面１ａに対し適当な入射角で供給され
る。したがって、全反射面１ａ全体が入射面になり、抽
出面３ａが各画素毎に光を受光あるいは入射する面（受
光面）になる。

【００２９】全反射面１ａは、映像表示ユニット５５の
光スイッチング素子１０がアレイ状に並んだ面あるいは
それに平行な面であるので、入射光２は、映像表示ユニ
ット５５に対し適当に傾いた角度で入射される。その入
射された光２は、エバネセント光として光学素子３に抽
出されると、素子間の微小な帯域は除き、すべてがマイ
クロプリズム４の面のうち、入射方向に面した側４ｂに
あたる。そして、入射光２は、抽出されると、そのすべ
てが全反射面１ａに垂直な出射光２ａとなって出力され
る。したがって、入射光２はロスなく出射光２ａとして
出射され、光の利用効率は素子内の減衰を考慮しなけれ
ばほぼ１００％となる。しかしながら、出射光２ａが出
力される面積（出射面積）は、マイクロプリズムの一方
の面４ｂに対応した面積となるので、明光となる部分は
抽出面３ａの半分程度となる。

【００３０】本例の光スイッチング素子１０において
は、頂角がほぼ１２０度の二等辺三角形の断面を備えた
マイクロプリズム４が光学素子３に作りこまれており、
これに対応して入射光２は全反射面１ａに対しほぼ３０
度で入射するように設計されている。このため、オン状
態においては、光学素子３の抽出面３ａのほぼ半分４ｂ
が明るくなり、他の半分４ａからは出射光２が出力され
ない。そこで、変位装置７０により出力光２ａを光学素
子３の半ピッチ、すなわち、明光となる画素面積である
出射する面のサイズと同じピッチだけずらす（シフトす
る）ことにより、全面が明るく、さらに、倍の解像度を
持った画像を表示できるようにしている。

【００３１】図４に、本例の変位装置７０の動作を示し
てある。変位装置７０は、出射光２ａに垂直な面を備え
たガラス板７１を備えており、垂直な状態では、図４
（ａ）に示すように出射光２ａはガラス板７１に対し垂
直に出射する。これに対し、図４（ｂ）に示すように、
ガラス板７１を出射光２ａに対し微小角傾けると、出射
光２ａは、ガラス板７１の両面で屈折し、出射方向は変
わらないものの、出射する位置がシフトする。したがっ
て、入射光の方向Ｘに沿って、すなわち、光学素子３の
長手方向ＸＬに沿った方向のガラス７１の角度を変える
ことにより、表示する画素をシフトすることができる。
本例の変位装置７０においては、変位用のガラス７１を
圧電素子を用いたアクチュエータ７２により駆動し、垂
直な位置（図４ａ）と、出射光２ａが抽出面３aの長さ
ＸＬに対し、その半分のＸＬ／２だけシフトする位置
（図４ｂ）とを周期的に繰り返す。

【００３２】したがって、画像表示ユニット５５から出
力された光が変位装置７０を経てスクリーン８９に投影
されると、図５に示すようになる。すなわち、図５
（ａ）に示すガラス板７１を出射光２に垂直にした状態
に対し、図５（ｂ）に示すように、ガラス板７１を傾け
るとスイッチング素子１０で表示される位置が光学素子
３（抽出面３ａ）の半ピッチ分だけＸ方向にずれ、各画
素、すなわち、オンのときに明光となる面（出射面）４
ｂは、画素ピッチ分だけＸ方向にシフトする。したがっ
て、図５に示すように、すべてのスイッチング素子１０
がオン状態であれば、変位装置７０を駆動することによ
り、図３に示したような暗い領域は発生せず、画像全体
を明るく表示することができる。さらに、変位装置７０
で画素の表示位置をシフトするタイミングに合わせて、
各スイッチング素子に異なる画素の状態を表示するよう
に画像データを供給することが可能であり、これにより
光スイッチング素子１０の数を増やさずに倍の解像度の
画像を表示することができる。

【００３３】さらに、変位装置７０を介し、変位周期と
同期した画像データを供給してカラー画像を表示するこ
とにより、マイクロプリズムを用いた光学素子でエバネ
セント光を制御する光スイッチング素子１０あるいは画
像表示ユニット５５によりシームレスな、ブラックスト
ライプのない画像を出力することができる。したがっ
て、本例のプロジェクタ８０においては、高解像度であ
り、さらに、シームレスな高品質の画像を出力すること
ができる。

【００３４】光スイッチング素子の受光面に対応する出
力側の面積のうち一部が暗くなり、明暗がストライプ状
となり画質が悪化する問題は、プリズムを用いた光学素
子を備えたスイッチング素子に限らず、光を反射あるい
は屈折する光学素子を用いた光スイッチング素子あるい
はそれを用いた光学デバイスにおいては一般的に解決す
べき課題の１つである。すなわち、光ディバイスに対し
入射光の角度と出射光の角度が対称でないと、受光面積
に対し、出射光が出力される面積が小さくなるので、シ
ームレスな画像が得にくい。しかしながら、本発明のよ
うに光スイッチング素子で表現される画素の位置をシフ
トして２つあるいは３つ以上の画素を１つのスイッチン
グ素子で表現することにより、出射光の出力されない空
間あるいは領域を他の画素を表示する領域として利用す
ることができる。さらに、入射光はほとんどすべて反射
されて出射光として出力されるので、光の利用効率は高
い。このため、画素数の少ないデバイスで、高解像度で
明るく、シームレスな画像を表示することができる。

【００３５】さらに、入射光の面積を減らさずに、出射
光の面積だけを絞ることにより、入射光を無駄にするこ
となく各画素を表示できると共に、１つの光スイッチン
グ素子により複数の画素を位置をずらして表示するとき
に、その画素あるいは隣接する他の光スイッチング素子
により表現される画素間のクロストークも防止すること
ができる。すなわち、１つの光スイッチング素子の出力
光の面積（出射面積）が入力光の面積（受光面積）の１
／２であれば、クロストークすることなく２つの画素を
１つのスイッチング素子で表現することができる。さら
に、１／３であれば３つの画素といったように複数の画
素をクロストークすることなく表現できる。

【００３６】ミラーの角度を変えて光を反射するスイッ
チングデバイスあるいはライトバルブであれば、オン時
の反射角度を制御することにより適当な面積比を得るこ
とができる。しかしながら、１／２にする条件が３０度
であるなど、所定の面積の画素が所定の方向に表示され
るようにマイクロミラーデバイスの角度を適当に制御す
ることは難しい。また、液晶などの透過型のデバイスで
あっても、出射光を画素毎に適当な面積に集光するマイ
クロレンズなどの適当なマイクロ光学素子と組み合わせ
ることにより出射光の面積を絞ることが可能である。し
かしながら、マイクロ光学素子が増え、それらを適当な
位置に組み立てるなどのために経済的な方法であるとは
いえない。さらに、液晶はマイクロミラーデバイスある
いはエバネセント光を用いたデバイスに対し動作速度が
遅く、この点でも今後の画像表示デバイスとして適して
いない。

【００３７】これらに対し、本例に示したマイクロプリ
ズムでエバネセント光を抽出してオンオフするデバイス
は、光学素子を製造する過程で反射角度を精度良く設定
することができ、さらに、反射角度に関わらずオンオフ
するために動かす距離はエバネセント光が抽出される程
度、すなわち、波長オーダである。したがって、本発明
により、低コストで、高速動作が可能であり、さらに、
高解像度の画像をクロストークなく表示できるスイッチ
ングデバイスおよびそれを用いた画像表示装置を提供す
ることができる。

【００３８】また、画素として表示されるサイズは正方
形などの対象な形状であることが望ましいが、マイクロ
プリズムを採用した本例の光スイッチング素子であれ
ば、図２あるいは図３に示したように、入射光の方向
を、画素表示を変位する方向として長く、直交する方向
を、変位しない方向として短い光学素子を作成すること
が容易である。そして、その比を２：１にすることによ
り正方形の画素を出力することができる。したがって、
エバネセント光を採用した光スイッチング素子は、本発
明により高解像度および高画質の画像を表示するのにま
さに適したものであるということができる。

【００３９】変位装置７０により画素表示をシフトする
のと同期して解像度の高い画像を表示することができる
が、さらに、カラーシーケンシャル方式のプロジェクタ
８０においては、図１に示した制御回路８４を用いて、
画像表示ユニット５５に入力される各色の入射光と変位
装置７０の変位とを同期制御することができる。これに
より、単板の画像表示ユニット５５を用いてマルチカラ
ーの高解像度の画像を表示することができる。図６に、
同期を制御するいくつかの例を示してある。図６は、上
段に色切替のタイミングをＲ（赤色）、Ｇ（緑色）およ
びＢ（青色）示してあり、下段に画像をシフトするタイ
ミングをＲ（右）およびＬ（左）で示してある。図６
（ａ）は、ＲＧおよびＢの３色の画素を表示した後に、
画素の位置をシフトする制御例である。色切替の周期を
変えなくてよければ、画素をシフトする周波数を最も遅
くすることができ、変位装置７０の負荷が少ない。しか
しながら、画素をシフトする周期を上げると、回転色フ
ィルタ８２のスピードを上げる必要がある。

【００４０】図６（ｂ）は、各色が入力される間に画素
をシフトする制御例である。画素をシフトする周期を変
えなければ、色切替の周期が最も長くなり、回転フィル
タ８２の回転スピードを遅くすることができる。しかし
ながら、色切替の周期を保持しようとすると、画素をシ
フトする周期を短くする必要がある。

【００４１】図６（ｃ）は、色切替とシフトするタイミ
ングを一致させる制御例である。これにより、回転色フ
ィルタの速度あるいは画素シフトの周期を変えずにマル
チカラーを表現でき、見やすい画像を出力できる。

【００４２】このように、本例のプロジェクタ８０にお
いては、画像表示ユニット５５からの出射光２ａを変位
装置７０でシフトすることにより、１つのスイッチング
素子で複数の画素を表現し、高解像度の画像を出力でき
るようにしている。変位装置７０は、透過性のガラス板
を用いているが、画像表示ユニット５５から出射される
光路にミラーを設置する個所があれば、そのミラーの角
度を周期的に制御することにより本例と同様に複数の画
素を表示することができる。また、光路上の光学素子を
振動させる代わりに、画像表示ユニット５５を変位装置
によりシフトしても画素をシフトさせることができる。
光学素子と画像表示ユニット５５の双方を適当なバラン
スで振動させることも可能であり、適当な手段により投
射レンズ８６に対し、光学的あるいは機械的に光スイッ
チング素子の位置が変位すれば１つの光スイッチング素
子により複数の画素を表示することができる。あるいは
プロジェクタ８０全体を微小振動させることも可能であ
るが、そのための動力、制御精度などを考えると経済的
な方法であるとはいえない。

【００４３】特に、表示デバイスに対する入射光の角度
と出射光の角度が異なる本例のような画像表示装置にお
いては、上記の変位手段により、表示デバイスおよび表
示デバイスの出射光の少なくともいずれかを入射する方
向に周期的に変位することが望ましいことは上述した通
りである。たとえば、出射光をスクリーン上に投射する
ミラーあるいはレンズシステムを有する場合は表示デバ
イスとレンズシステムとの相対位置を入射する方向に周
期的に変更したり、レンズシステムに対する表示デバイ
スの見かけ上の位置を入射する方向に光学的に周期的に
変更したり、スクリーンに対するレンズシステムおよび
表示デバイスの少なくともいずれか一方の見かけ上の位
置を入射する方向に光学的に周期的に変更することがで
きる。

【００４４】画素の表示位置を変位させるために、光学
素子あるいは画像表示ユニットを変位する駆動源とし
て、本例では、圧電素子を採用しピエゾ効果により駆動
している。静電力など、他の動力源を用いることも可能
であるが、ガラス板あるいは鏡といった比較的重量のあ
る光学素子を高い周波数で精度良く駆動する必要がある
ので、変位装置の動力源としては圧電素子が最も適して
いると考えられる。

【００４５】また、本例では画像表示装置としてプロジ
ェクタを例に説明しているが、直視型の画像表示装置で
あっても本発明を適用することができる。さらに、本例
では、カラーシーケンシャル方式を用いた単板式のカラ
ー画像表示装置を示してあるが、各色毎の画像を形成し
て空間的に混色する３板式のカラー画像表示装置におい
ても本発明を適用することができる。さらに、各色の画
素を備えたカラーフィルタ方式の単板式のカラー画像表
示装置であっても、画素を表示するために変位する方向
に対し各色の画素を表示するスイッチング素子の配列を
適当に設定することにより本発明を適用することができ
る。

【００４６】さらに、エバネセント光を抽出してオンオ
フする光スイッチング素子あるいはデバイスを図２に基
づき説明しているが、これに限定されることはなく、た
とえば、上電極７および下電極８に加え、これらの間で
動く中間電極を設け、この中間電極に連動して光学素子
が駆動されるような構成のアクチュエータを備えた映像
表示デバイスも可能である。このエバネセント光を利用
した映像表示デバイスは、アクチュエータの構成が複雑
になるが低電圧で駆動できるというメリットを備えてい
る。

【００４７】また、上記の光スイッチング素子は、二等
辺三角形のマイクロプリズムを用いているが、マイクロ
プリズムの形状もこれに限定されることはなく、他の三
角形あるいは台形などのプリズムにより入射光を反射す
るための斜面を構成することができ、そのようなプリズ
ムを備えた光スイッチング素子のデバイスも本発明に含
まれる。

【００４８】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、各画素を制御するスイッチング素子の受光面積に対
し出射面積が小さい表示デバイスから出射される光の位
置を変位することにより、画素間のクロストークがない
状態で、スイッチング素子の数に対し解像度の高い画像
が表示できるようにしている。エバネセント光をマイク
ロプリズムにより制御する表示デバイスは、マイクロプ
リズムの一方の面から光が出射されるために出射光の面
積が限られるため本発明により高解像度の画像を表示す
るのに好適なデバイスであり、同時にストライプの問題
も解決することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る、エバネセント光を利用した映像
表示デバイスを用いたプロジェクタの概要を示す図であ
る。

【図２】エバネセント光を利用した画像表示デバイスお
よびユニットの概要を示す図である。

【図３】図２に示す画像表示ユニットにより出力される
画素の一例を示す図である。

【図４】図１に示すプロジェクタに採用された変位装置
の概要であり、図４（ａ）は画素の表示位置をシフトし
ない状態、図４（ｂ）は画素の表示位置をシフトした状
態を示す。

【図５】図４に示した変位装置によりシフトされた画素
の表示状態を示す図である。

【図６】カラーシーケンシャル方式の色切替を行うタイ
ミングと、画素をシフトするタイミングのいくつかの例
を示す図である。

【符号の説明】

１ 導光板 １ａ 全反射面 ２ 照明光（入射光） ２ａ 出射光 ３ 光学素子 ３ａ 抽出面 ４ マイクロプリズム ５ V型のサポート構造 ６ アクチュエータ ７ 上電極およびばね構造 ８ 下電極 ９ アンカー １０ 光スイッチング素子 １１ ポスト（支柱） ２０ 半導体基板 ５０ 画像表示デバイス ５５ 画像表示ユニット ７０ 変位装置

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 9/30 Ｈ０４Ｎ 9/30 9/31 9/31 Ｂ

Claims (36)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射光を画素毎に変調して出射し画像を
   表示可能な表示デバイスと、この表示デバイスおよび表
   示デバイスの出射光の少なくともいずれかを変位して前
   記表示デバイスの１画素により複数の画素を表現する変
   位手段とを有する画像表示装置であって、前記表示デバ
   イスは画素毎に前記入射光を受光する面積が出射する面
   積より大きいことを特徴とする画像表示装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記表示デバイスは
   前記出射する面積が前記受光する面積の５０パーセント
   程度である画像表示装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記表示デバイスは
   画素毎に前記入射光をスイッチングするスイッチング素
   子がアレイ状に配置されており、前記スイッチング素子
   が配置された面に対する前記入射光と出射する光の角度
   が異なる画像表示装置。
4. 【請求項４】 請求項３において、前記スイッチング素
   子は前記入射光を反射する斜面を具備するマイクロプリ
   ズムを備えた光学素子と、この光学素子を駆動するアク
   チュエータとを備えている画像表示装置。
5. 【請求項５】 請求項４において、前記表示デバイスの
   １画素は、入射光が入射する方向に長く、この入射する
   方向に直交する方向が短い長方形であり、前記斜面によ
   り出射する面積が前記受光する面積の５０パーセント程
   度である画像表示装置。
6. 【請求項６】 請求項５において、前記表示デバイスの
   １画素の前記入射する方向の長さと、前記入射する方向
   と直交する方向の長さの比はほぼ２：１である画像表示
   装置。
7. 【請求項７】 請求項４において、前記表示デバイスは
   前記入射光を全反射して伝達可能な光ガイドを備えてお
   り、前記光学素子は前記アクチュエータにより前記全反
   射する面から漏れ出るエバネセント光を抽出する位置
   と、抽出しない位置に駆動される画像表示装置。
8. 【請求項８】 請求項１において、前記変位手段は前記
   表示デバイスおよび表示デバイスの出射光の少なくとも
   いずれかを、前記出射する面積とほぼ同じピッチで所定
   の方向に周期的に変位する画像表示装置。
9. 【請求項９】 請求項１において、前記出射光をスクリ
   ーン上に投射するレンズシステムを有し、前記変位手段
   は、前記表示デバイスと前記レンズシステムとの相対位
   置を周期的に変更する画像表示装置。
10. 【請求項１０】 請求項１において、前記出射光をスク
    リーン上に投射するレンズシステムを有し、前記変位手
    段は、前記レンズシステムに対する表示デバイスの見か
    け上の位置を光学的に周期的に変更する画像表示装置。
11. 【請求項１１】 請求項１において、前記出射光をスク
    リーン上に投射するレンズシステムを有し、前記変位手
    段は、前記スクリーンに対する前記レンズシステムおよ
    び前記表示デバイスの少なくともいずれか一方の見かけ
    上の位置を光学的に周期的に変更する画像表示装置。
12. 【請求項１２】 請求項１において、前記出射光が通過
    する平面ガラスまたは平面鏡を有し、前記変位手段は、
    前記平面ガラスまたは平面鏡の角度を周期的に変える画
    像表示装置。
13. 【請求項１３】 請求項８ないし１２のいずれかにおい
    て、前記表示デバイスの１画素は、入射光が入射する方
    向に長く、この入射する方向に直交する方向が短い長方
    形で、前記斜面により出射する面積が前記受光する面積
    の５０パーセント程度であり、 前記変位手段は、前記入射する方向に表示デバイスおよ
    び表示デバイスの出射光の少なくともいずれかを変位す
    る画像表示装置。
14. 【請求項１４】 請求項１３において、前記表示デバイ
    スの１画素の前記入射する方向の長さと、前記入射する
    方向と直交する方向の長さの比はほぼ２：１である画像
    表示装置。
15. 【請求項１５】 請求項１において、前記変位手段は駆
    動用の圧電素子を有する画像表示装置。
16. 【請求項１６】 請求項１において、前記入力光の各色
    を所定の周期で前記表示デバイスに入力する手段を有
    し、前記変位手段は、前記入力光の各色の周期に同期し
    て前記表示デバイスおよび表示デバイスの出射光の少な
    くともいずれかを周期的に変位する画像表示装置。
17. 【請求項１７】 請求項１６において、前記変位手段
    は、前記入力光の各色の各周期の間に前記表示デバイス
    および表示デバイスの出射光の少なくともいずれかを変
    位する画像表示装置。
18. 【請求項１８】 請求項１６において、前記変位手段
    は、前記入力光のすべての色の光が入力されるのと同期
    して前記表示デバイスおよび表示デバイスの出射光の少
    なくともいずれかを変位する画像表示装置。
19. 【請求項１９】 請求項１６において、前記変位手段
    は、前記入力光の各色が入力されるタイミングと同期し
    て前記表示デバイスおよび表示デバイスの出射光の少な
    くともいずれかを変位する画像表示装置。
20. 【請求項２０】 入射光を画素毎に変調して出射し画像
    を表示可能な表示デバイスを有し、この表示デバイスに
    対する前記入射光の角度と、出射光の角度が非対象な画
    像表示装置であって、この表示デバイスおよび表示デバ
    イスの前記出射光の少なくともいずれかを変位して前記
    表示デバイスの１画素により複数の画素を表現する変位
    手段とを有する画像表示装置。
21. 【請求項２１】 請求項２０において、前記表示デバイ
    スの１画素は、入射光が入射する方向に長く、この入射
    する方向に直交する方向が短い長方形である画像表示装
    置。
22. 【請求項２２】 請求項２１において、前記表示デバイ
    スの１画素の前記入射する方向の長さと、前記入射する
    方向と直交する方向の長さの比はほぼ２：１である画像
    表示装置。
23. 【請求項２３】 請求項２０において、前記表示デバイ
    スは画素毎に前記入射光をスイッチングするスイッチン
    グ素子がアレイ状に配置されている画像表示装置。
24. 【請求項２４】 請求項２３において、前記スイッチン
    グ素子は前記入射光を反射する斜面を具備するマイクロ
    プリズムを備えた光学素子と、この光学素子を駆動する
    アクチュエータとを備えている画像表示装置。
25. 【請求項２５】 請求項２４において、前記表示デバイ
    スは前記入射光を全反射して伝達可能な光ガイドを備え
    ており、前記光学素子は前記アクチュエータにより前記
    全反射する面から漏れ出るエバネセント光を抽出する位
    置と、抽出しない位置に駆動される画像表示装置。
26. 【請求項２６】 請求項２０において、前記変位手段は
    前記表示デバイスおよび表示デバイスの出射光の少なく
    ともいずれかを、前記入射する方向に周期的に変位する
    画像表示装置。
27. 【請求項２７】 請求項２０において、前記出射光をス
    クリーン上に投射するレンズシステムを有し、前記変位
    手段は、前記表示デバイスと前記レンズシステムとの相
    対位置を前記入射する方向に周期的に変更する画像表示
    装置。
28. 【請求項２８】 請求項２０において、前記出射光をス
    クリーン上に投射するレンズシステムを有し、前記変位
    手段は、前記レンズシステムに対する表示デバイスの見
    かけ上の位置を前記入射する方向に光学的に周期的に変
    更する画像表示装置。
29. 【請求項２９】 請求項２０において、前記出射光をス
    クリーン上に投射するレンズシステムを有し、前記変位
    手段は、前記スクリーンに対する前記レンズシステムお
    よび前記表示デバイスの少なくともいずれか一方の見か
    け上の位置を前記入射する方向に光学的に周期的に変更
    する画像表示装置。
30. 【請求項３０】 請求項２０において、前記出射光が通
    過する平面ガラスまたは平面鏡を有し、前記変位手段
    は、前記平面ガラスまたは平面鏡の前記入射する方向の
    角度を周期的に変える画像表示装置。
31. 【請求項３１】 請求項２０において、前記変位手段は
    駆動用の圧電素子を有する画像表示装置。
32. 【請求項３２】 請求項２０において、前記入力光の各
    色を所定の周期で前記表示デバイスに入力する手段を有
    し、前記変位手段は、前記入力光の各色の周期に同期し
    て前記表示デバイスおよび表示デバイスの出射光の少な
    くともいずれかを周期的に変位する画像表示装置。
33. 【請求項３３】 入射光を画素毎に変調して出射し画像
    を表示可能な表示デバイスと、この表示デバイスおよび
    表示デバイスの出射光の少なくともいずれかを変位して
    前記表示デバイスの１画素により複数の画素を表現する
    変位手段と、前記入力光の各色を所定の周期で前記表示
    デバイスに入力する手段を有する画像表示装置の制御方
    法であって、 前記変位手段により、前記入力光の各色の周期に同期し
    て前記表示デバイスおよび表示デバイスの出射光の少な
    くともいずれかを周期的に変位する工程を有する画像表
    示装置の制御方法。
34. 【請求項３４】 請求項３３において、前記変位手段に
    より、前記入力光の各色の各周期の間に前記表示デバイ
    スおよび表示デバイスの出射光の少なくともいずれかを
    変位する画像表示装置の制御方法。
35. 【請求項３５】 請求項３３において、前記変位手段に
    より、前記入力光のすべての色の光が入力されるのと同
    期して前記表示デバイスおよび表示デバイスの出射光の
    少なくともいずれかを変位する画像表示装置の制御方
    法。
36. 【請求項３６】 請求項３３において、前記変位手段
    は、前記入力光の各色が入力されるタイミングと同期し
    て前記表示デバイスおよび表示デバイスの出射光の少な
    くともいずれかを変位する画像表示装置の制御方法。