JP2001350196A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 画像表示素子を正確に揺動させ、表示部全面
において画素ずれの少ない画像を得ることが出来る画像
表示装置を提供する。 【解決手段】 画像情報に従って光を制御可能な複数の
画素が第一の方向および第一の方向と直交する第二の方
向にそれぞれ所定のピッチで配列した二次元の画像表示
素子４と、該画像表示素子に駆動信号を入力する電気配
線２０とを有し、駆動手段８により、前記画像表示素子
を含む可動部１３を画素の配列面内の方向に対して光学
的な位置を揺動させ、画像表示素子の実画素数を増倍し
て表示する。画素の配列面を配列方向に沿って平行に揺
動させるように、画像表示素子４を含む可動部１３と駆
動手段を配置した。可動部１３の水平方向への移動を防
止するため、垂直方向へのガイド手段１４を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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
子をレンズで拡大した画像を観察する画像表示装置に関
し、例えば、プロジェクションディスプレイ、ヘッドマ
ウントディスプレイなどの電子ディスプレイ装置等に応
用可能なものである。

【０００２】

【従来の技術】特開平５−３１３１１６号公報（投影
機）の発明では、高精細な画像を再現する投影機を安価
に実現する。制御回路により、画像蓄積回路に蓄積した
本来表示すべき画像を市松状に画素選択回路へサンプリ
ングして順次空間光変調器に表示し、投影する。さら
に、制御回路により、この表示に対応させてパネル揺動
機構を制御して空間光変調器の隣接画素ピッチ距離を整
数分の一ずつ移動させ、本来表示すべき画像を時間的な
合成により再現する。これにより、空間光変調器の画素
の整数倍の分解能で画像を表示可能にするとともに、画
素の粗い空間光変調器と簡単な光学系を用いて安価に投
影機を構成可能にする。

【０００３】特開平６−３２４３２０号公報（画像表示
装置、画像表示装置の解像度改善方法、撮像方法、記録
装置および再生装置）の発明では、ＬＣＤ等の画像表示
装置の画素数を増加させることなく、表示画像の解像度
を、見掛け上、向上させる。縦方向及び横方向に配列さ
れた複数個の画素の各々が、表示画素パターンに応じて
発光することにより、画像が表示される画像表示装置
と、観測者またはスクリーンとの間に、光路をフィール
ドごとに変更する光学部材を配する。また、フィールド
毎に、前記光路の変更に応じて表示位置がずれている状
態の表示画素パターンを画像表示装置に表示する。

【０００４】特開平６−８２６０８号公報（光学素子と
それを用いた光軸変更方法および投射型表示装置）の発
明では、入射光の光軸を高精度かつ容易に屈曲させるこ
とのできる光学素子とそれを用いた光軸変更素子及び投
射型表示装置を提供する。本願発明の光学素子は、第１
の媒質中に光軸に沿って所定の間隔をおいて配列され、
光軸に対する各々の入射面の角度が互いに異なるように
可変可能な複数の透明板と、これら透明板により挟まれ
る領域を囲むように透明板間に設けられ、透明板の配列
方向に伸縮自在なる隔壁と、前記複数の透明板と隔壁に
より囲まれる領域に充填され、前記第１の媒質と異なる
屈折率を有する第２の媒質とを備えたことを特徴とす
る。また、光軸変更素子は、光軸に沿って前記光学素子
を複数配列したことを特徴とする。また、投射型表示装
置は、投射レンズの入射側または出射側の少なくとも一
方に、１個または複数の異なる光シフト素子を設けたこ
とを特徴とする。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】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をレンズ
で拡大した画像を観察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、ＤＭ
Ｄ（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ＬＥ
Ｄ、有機ＬＥＤ等も研究されている。また、小型の画像
表示用素子をレンズで拡大した画像を観察するのではな
く、等倍で観察する画像表示装置としては、既述のＣＲ
Ｔ、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。

【０００６】これらの画像表示装置に共通の課題は、高
解像度化、つまりは大画素数化であり、ブロードキャス
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、'９９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、また開口率を減少するなどにより、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。

【０００７】これらの問題に対して、特開平４−１１３
３０８号公報、特開平５−２８９００４号公報、特開平
６−３２４３２０号公報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レース表示を行う画
像表示装置が記述されている。また、特開平７−３６５
０４号公報には、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表示装置が記述されている。これら
は、画像表示用素子から出射した光路を時分割で高速に
変更させ、見かけ上画素数を増大させる方法、いわゆる
画素シフト方式である。特開平６−３２４３２０号公報
には光路を変更する手段として、電気光学素子と複屈折
材料の組合わせ機構、レンズシフト機構、バリアングル
プリズム、回転ミラー、回転ガラス等が記述されてお
り、特開平７−１０４２７８号公報にはウエッジプリズ
ムを移動する手段が記述されている。電気光学効果を示
す部材と複屈折結晶との組み合わせは、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。また、レンズシフト機
構、つまりは往復運動させる駆動系としては、ボイスコ
イル、圧電素子、バイモルフ、ステップモータ、ソレイ
ドコイル等が記載されている。

【０００８】しかしながら、このような方法は、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。このため、高解像度の表示を行う場合には、光路長
が変化し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はな
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、光路を変更する部材自
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。

【０００９】そこで、特開平５−３１３１１６号公報に
は、画像表示用素子自体を画素ピッチよりも小さい距離
だけ高速に移動させる方法が記載されている。この方法
では、光学系は固定されているで諸収差の発生が少ない
が、画像表示素子自体を正確かつ高速に平行移動させる
必要があるため、可動部の精度や耐久性が要求される。
特に、数ｃｍ角サイズの画像表示素子を平行に数μｍか
ら十数μｍ移動させる場合、可動部の表面粗さやガタな
どの寸法精度や部品のたわみなどの変形の影響が無視で
きなくなる。また、数十〜数百ヘルツの周波数で長時間
振動させ続けるため、可動部の摩耗や発熱なども大きな
問題となる。

【００１０】請求項１の発明では、画素シフト方式の画
像表示装置において、画像表示素子を正確に揺動させ、
表示部全面において画素ずれの少ない画像を得ることが
出来る画像表示装置を提供することを目的とする。

【００１１】請求項２の発明では、画素表示素子をシフ
トさせた位置での捻じれや傾きを防止し、表示部全面に
おいて画素ズレが少なく、高精細な画像を得ることが出
来る画像表示装置を提供することを目的とする。

【００１２】請求項３の発明では、画素表示素子の捻じ
れや傾きを効果的に防止し、二次元方向に高精細な画像
を得ることが出来る画像表示装置を提供することを目的
とする。

【００１３】請求項４の発明では、比較的簡単な構成で
画像表示素子を画素シフトさせることが出来る画像表示
装置を提供することを目的とする。

【００１４】請求項５の発明では、簡単な構成で正確か
つ高速に画像表示素子を画素シフトさせることが出来る
画像表示装置を提供することを目的とする。

【００１５】請求項６の発明では、簡単な構成で確実に
画素表示素子の捻じれや傾きを効果的に防止した画像表
示装置を提供することを目的とする。

【００１６】請求項７の発明では、長期間に渡って安定
に画素シフト動作をさせることが出来る画像表示装置を
提供することを目的とする。

【００１７】請求項８の発明では、長期間に渡って安定
に画素シフト動作させ、画像表示素子の表示特性の変化
を押さえた画像表示装置を提供することを目的とする。

【００１８】請求項９の発明では、比較的小型で簡単な
構成で、長期間に渡って安定に画素シフト動作させ、画
像表示素子の表示特性の変化を防止した画像表示装置を
提供することを目的とする。

【００１９】請求項１０の発明では、画像表示素子に接
続した電気配線から受ける力による画素表示素子の捻じ
れや傾きを防止し、表示部全面において画素ズレが少な
い画像表示装置を提供することを目的とする。

【００２０】請求項１１の発明では、画素表示素子の捻
じれや傾きを確実に防止し、高精細な画像を得ることが
出来る画像表示装置を提供することを目的とする。

【００２１】請求項１２の発明では、比較的簡単な構成
で耐久性にも優れた画像表示素子の捻じれや傾きを確実
に防止し、高精細な画像を得ることが出来る画像表示装
置を提供することを目的とする。

【００２２】請求項１３の発明では、少ない部品点数
で、安定な画素シフト動作と画像表示素子の捻じれや傾
きを防止し、高精細な画像を得ることが出来る画像表示
装置を提供することを目的とする。

【００２３】請求項１４の発明では、安定で耐久性に優
れた画素シフト動作と画像表示素子の捻じれや傾きを防
止し、かつ、外部からの衝撃などにも強い画像表示装置
を提供することを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、画像
情報に従って光を制御可能な複数の画素が第一の方向お
よび第一の方向と直交する第二の方向にそれぞれ所定の
ピッチで配列した二次元の画像表示素子と、画像表示素
子に駆動信号を入力する電気配線と、画像表示素子を観
察するため光学素子と、画像表示素子を含む可動部を画
素の配列面内の方向に対して光学的な位置を揺動させる
駆動手段と、画像フィールドを時間的に分割した複数の
サブフィールドに対応して該駆動手段を制御する制御手
段とを有し、画像表示素子の実画素数を増倍して表示す
る画像表示装置において、画素の配列面を配列方向に沿
って平行に揺動させるように、画像表示素子を含む可動
部と駆動手段を配置したことを特徴としたものである。

【００２５】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、駆動手段による駆動力を前記可動部に対して面状に
作用させ、駆動力の作用方向の延長範囲内に画像表示素
子を含む可動部全体の重心が位置するように、画像表示
素子を含む可動部と駆動手段を配置したことを特徴とし
たものである。

【００２６】請求項３の発明は、請求項２の発明におい
て、画像表示素子を含む第一可動部と、第一可動部を第
一の方向に揺動させる第一駆動手段と、第一駆動手段を
支持する第一支持体とから成る第二可動部と、第二可動
部全体を第二の方向に揺動させる第二駆動手段とを有
し、第一駆動手段による駆動力の作用方向の延長範囲内
に第一可動部の重心が位置するように第一駆動手段を配
置し、第二駆動手段による駆動力の作用方向の延長範囲
内に第二可動部全体の重心が位置するように第二駆動手
段を配置したことを特徴としたものである。

【００２７】請求項４の発明は、請求項１乃至３のいず
れかの発明において、前記駆動手段が圧電アクチュエー
タであることを特徴としたものである。

【００２８】請求項５の発明は、請求項４の発明におい
て、圧電アクチュエータが積層型ピエゾ素子であること
を特徴としたものである。

【００２９】請求項６の発明は、請求項５の発明におい
て、積層型ピエゾ素子の伸縮方向の端部を直接的に可動
部に接続したことを特徴としたものである。

【００３０】請求項７の発明は、請求項５又は６の発明
において、可動部が積層型ピエゾ素子に対して常に圧縮
力を加えるように押圧手段を設けたことを特徴としたも
のである。

【００３１】請求項８の発明は、請求項１乃至７のいず
れかの発明において、画像表示素子を含む可動部および
駆動手段の温度を制御する温度制御手段を有することを
特徴としたものである。

【００３２】請求項９の発明は、請求項８の発明におい
て、温度制御手段がペルチェ素子とペルチェ素子の放熱
装置より成ることを特徴としたものである。

【００３３】請求項１０の発明は、請求項１乃至９のい
ずれかの発明において、画像表示素子を含む可動部にお
ける前記電気配線の接続位置を画像表示素子の揺動方向
と重心を結ぶ方向に対して実質上対称形に設けたことを
特徴としたものである。

【００３４】請求項１１の発明は、請求項１乃至１０の
いずれかの発明において、画像表示素子を含む可動部を
揺動方向に平行に案内するガイド手段を有し、ガイド手
段が画像表示素子を含む可動部の揺動方向に対して実質
上直角方向に両側から押圧力を加えることを特徴とした
ものである。

【００３５】請求項１２の発明は、請求項１１の発明に
おいて、ガイド手段がバネ部材と板状部材から成り、画
像表示素子を含む可動部と板状部材の接触面が摺動可能
であり、接触面に潤滑剤層を有することを特徴としたも
のである。

【００３６】請求項１３の発明は、請求項１１の発明に
おいて、ガイド手段が画像表示素子を含む可動部と支持
体に固定された板バネ部材であり、前記押圧手段と共通
化したことを特徴としたものである。

【００３７】請求項１４の発明は、請求項１１の発明に
おいて、ガイド手段が画像表示素子を含む可動部の側面
と該側面に対向した支持体面に設けた互いに反発する極
性を有する磁石対であることを特徴としたものである。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。図１は、本発明の画像表示装置の構成の一例を示
す概要図である。図１において、１はＬＥＤランプを２
次元アレイ状に配列した照明光源、２は拡散板、３はコ
ンデンサレンズ、４は画像表示素子としての透過型液晶
パネル、５は投射レンズ、６はスクリーン、９は光源ド
ライブ部、１０は液晶パネルのドライブ部である。光源
ドライブ部９で制御されて照明光源１から放出された照
明光は、拡散板２により均一化された照明光となり、コ
ンデンサレンズ３により液晶ドライブ部１０で照明光源
と同期して制御されて液晶パネル４をクリティカル照明
する。この液晶パネル４で空間光変調された照明光は投
射レンズ５で拡大されスクリーン６に投射される。この
とき、液晶パネル４は駆動手段８を介して支持部材７と
接続されて垂直方向に揺動可能に配置されている。この
駆動機構８は駆動ドライブ部１１により制御される。液
晶パネル４と駆動手段８と支持部材７とから液晶パネル
ユニット１２が形成されている。

【００３９】図１において、駆動ドライブ部１１によ
り、液晶パネル４は上下方向にそれぞれその画素ピッチ
の１／２を、１フィールドを１つの基本単位として、２
つのサブフィールドに分割されて移動する。この移動す
る期間は、拡大されたスクリーン状の液晶パネルの画像
に感じるフリッカーが実用レベルの時間以下の期間とす
る。このとき、この液晶パネルの変位された位置に対応
するサブフィールドについて、その位置に対応する画像
データを画像表示装置で表示することにより、２倍の画
素数の画像表示を行うことができる。液晶パネル４とし
ては、透過型に限らず、反射型も用いることが出来る。
例えば、画素が１０μｍピッチのディスプレイテクノロ
ジー社（米）のＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｕｔ
ａｌ ｏｎ Ｓｉ）型の空間変調素子を用いて、図１と
同様にして反射型の照明光学系および投射光学系を構成
して、４倍の画素増倍を行うことができる。ただし、前
述のように投射レンズ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、高解像度対応の投射レンズを
使用する必要がある。

【００４０】また、図１では、投射レンズ５によりスク
リーン６に空間光変調器である画像表示素子の実像を形
成して拡大しているが、これに限定されるものではな
く、投射レンズ５のかわりに接眼レンズを用いて、直接
に拡大した虚像を観察してもよい。さらに、空間光変調
器に照明光を照明して光を空間光変調して制御している
が、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
場合には、照明光を用いずに直接に素子から放出される
光を制御することができる。以下、本発明の実施例とし
て透過型液晶パネルを用いた場合のみで説明する。一部
比較例では反射型液晶パネルの場合で説明する。

【００４１】図２は、図１の液晶パネルユニット１２の
一例の概要図（図２（Ａ）は正面図、図２（Ｂ）は図２
（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図）である。図２において、液晶
パネル４を含む可動部１３の重心Ｇを図示した。本発明
で使用する重心とは理想的な点の位置に限定せず、理想
的な点を含む有限な体積を持つ仮想球として定義する。
仮想球の大きさは重心の対象物の大きさの約１０％以内
ならば、以下に説明する本発明の効果が十分に得られ
る。例えば、対象物が１ｃｍ角程度の立方体の場合は、
重心は直径約１ｍｍの球として定義される。可動部１３
の下側に駆動手段８を接続し、垂直方向に可動部１３を
揺動させる。駆動手段としては、ソレノイド、ボイスコ
イル、圧電アクチュエータなど電気信号に応じて高速に
長さや位置が変わるものを用いることが出来る。また、
可動部の水平方向への振動を防止するために、垂直方向
へのガイド手段１４を設けても良い。ガイド手段として
は、ベアリングなどの球状あるいは柱状、板状部材、バ
ネなどを用いることが出来る。また、液晶パネルに駆動
信号を入力する電気配線２０が液晶ドライブ部１０に接
続している。ここで、本発明の比較例として、図３に示
すように可動部１３と駆動手段８の間に接続機構１５な
どを介して駆動する場合、部品を配置するスペースの制
約で駆動力の作用方向Ｆが重心Ｇを通らない場合があ
る。ここで、図３では駆動力の作用方向を線の矢印とし
て表現しているが、本発明での駆動力の作用方向とは、
可動部１３が面で力を受け、この面に対する駆動力の延
長方向の範囲を示す。例えば、可動部に駆動力が伝わる
面が四角形の場合、仮想的な四角柱の体積に相当する範
囲と定義する。図３の様な場合、可動部１３のＹ方向へ
の移動に対して回転モーメントＭが発生し、画像表示素
子が捻じれたり傾いたりすることがある。可動部１３の
移動位置が数μｍ程度ずれただけでも、画素ピッチに対
しては充分に大きなずれ量であり、表示画像の位置ずれ
が生じてしまう。また、捻じれや傾きは可動部とガイド
部材１４との荷重を不均一にして偏摩耗の原因となり、
耐久性を低下させる。したがって、本発明では、画像表
示素子が画素の配列方向に平行に揺動するように配置し
た。本発明での平行とは、実質上の平行であれば良く、
理想的な平行からのズレ量が画素ピッチの５％以内なら
ば平行とする。（請求項１に対応）

【００４２】図４には、可動部１３をＹ方向に駆動する
第一駆動手段８ｙに加えて、可動部１３をＸ方向にも駆
動する第二駆動手段８ｘを追加した例（図４（Ａ）は正
面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図）を示
す。図４の場合、駆動ドライブ部１１により、液晶パネ
ルはｘ，ｙ方向にそれぞれその画素ピッチの１／２を、
１フィールドを１つの基本単位として、４つのサブフィ
ールドに分割されて移動する。この移動する期間は、拡
大されたスクリーン状の液晶パネルの画像に感じるフリ
ッカーが実用レベルの時間以下の期間とする。このと
き、この液晶パネルの変位された位置に対応するサブフ
ィールドについて、その位置に対応する画像データを画
像表示装置で表示することにより、４倍の画素数の画像
表示を行うことができる。この場合、第二駆動手段８ｘ
による駆動力Ｆｘの作用方向も可動部１３の重心Ｇを通
るように配置することにより、ｘ、ｙ方向のいずれの移
動時においても可動部の捻じれや傾きを防止することが
出来る。（請求項２に対応）

【００４３】可動部を移動させるピッチは、ｘ、ｙとも
実画素のピッチの１／２に限定される必要はなく、両方
向に１／３として、９倍の画素を表示することもでき
る。液晶パネルの１画素の開口は大きくても、小さくて
も良いが、２５％付近であることが、画素間の空間的ク
ロストークを減少しかつ画素間の表示抜けが視認されに
くいので好ましい。

【００４４】本発明のように画像表示素子自体を揺動さ
せる方式では、従来のように光軸をサブフィールドごと
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、およ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いので、低
コストで高解像度の表示を行うことができる。高解像度
の投射レンズには、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することができる。

【００４５】図５に本発明の他の構成を示す。図２の液
晶パネルユニット１２と同様に液晶パネルを含む可動部
（ここでは第一可動部１３ｙとする）をＹ方向に揺動さ
せる第一駆動手段８ｙとその支持部材７からなるユニッ
ト全体を第二可動部１３ｘとした。この第二可動部１３
ｘを水平方向に揺動させる第二駆動手段８ｘを介して装
置本体の一部に接続している。本発明では、第一駆動手
段８ｙの駆動力Ｆｙの作用方向が第一可動部１３ｙの重
心Ｇ１を通り、かつ、第二駆動手段８ｘの駆動力Ｆｘの
作用方向が第二可動部１３ｘ全体の重心Ｇ２を通るよう
に配置する。図５の構成では、液晶パネルのＹ方向およ
びＸ方向への駆動機構が独立しているので、一方の駆動
手段が他方の駆動手段の動作に影響することが無く、各
可動部が正確に移動することが出来る。（請求項３に対
応）

【００４６】駆動手段８としては、駆動ドライブ部１１
からの信号に応じて長さや位置などが変位するアクチュ
エータを用いることが出来る。アクチュエータとしては
ボイスコイルや圧電アクチュエータを用いることが出来
るが、数十ヘルツから数百ヘルツの周波数で、数μｍか
ら数十μｍの変位量を得る方式として、圧電アクチュエ
ータを用いることが好ましい。（請求項４に対応）

【００４７】圧電アクチュエータとしてはバイモルフ型
ピエゾ素子や積層型ピエゾ素子が挙げられるが、要求さ
れる変位量や応答性、発生力などによって適宜選択され
る。本発明では、変位量の精度が高い積層型ピエゾ素子
を用いることが特に好ましく、説明図では全て積層型ピ
エゾ素子を用いた場合を示している。また、ピエゾ素子
を用いることにより、コイルやモータ等を用いた方法と
比較して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
ネルを変位させるドライブ部を簡略化でき、かつ正確に
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。（請求項５に対応）

【００４８】また、積層型ピエゾ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、図１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が、観察される変位に対し
て１／５０〜１／１０と微小でよいので、変位量が絶対
値として小さく２００Ｖ以内、場合により１００Ｖ以内
での電圧でのピエゾ素子の可動範囲内であり、ピエゾ素
子の実用的な電圧での変位量の制約を受けにくい。積層
型ピエゾ素子としては、例えば、株式会社トーキンの圧
電素子（型番：ＡＥ０２０３Ｄ０８）の場合、１００Ｖ
印加で約６μｍの変位量が得られる。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もできる。

【００４９】図６に本発明に対する比較例を示す（図６
（Ａ）は正面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＢ−Ｂ線断
面図である）。図６は反射型の液晶パネルを用いた場合
であり、液晶パネルの背面に積層型ピエゾ素子８を設け
ている。ピエゾ素子８の一端は支持部材７に固定され、
もう一端は接続機構１６を介して液晶パネルを含む可動
部１３の上部に固定されている。ピエゾ素子８の伸縮動
作によって可動部１３はＹ方向に揺動することが出来
る。この時、本発明の構成の通りに接続手段１６から可
動部１３への駆動力Ｆの作用方向が可動部１３の重心Ｇ
を通っているため、画素の配列面方向での捻じれや傾き
は防止されている。しかし、この比較例の場合、接続手
段１６自体のたわみや捻じれ、接続部のガタなどによっ
て、可動部１３が画素配列面に垂直な方向に傾いてしま
う場合がある。この傾きによって画像のピントずれなど
が発生する。この現象を防止するために、本発明では、
図２などに示すように、積層型ピエゾ素子８の伸縮方向
の端部を直接的に可動部１３に接続している。リンク機
構などの接続機構１６のガタによる可動部１３の捻じれ
や傾きを防止することが出来るので、表示部全面で高精
細な画像が表示出来る。（請求項６に対応）

【００５０】本発明の他の構成では、図７に示すよう
に、各可動部の駆動方向に対して可動部１３から積層型
ピエゾ素子に圧縮力Ｆｐを付勢する押圧手段１７を設け
て、常に積層型ピエゾ素子に圧縮応力を加えている。押
圧手段１７を設けない場合、ピエゾ素子が高速に収縮し
た時に可動部の質量による慣性力によりピエゾ素子８に
引張り応力が加わる。この引っ張り応力はピエゾ素子８
の性能を低下あるいは破壊してしまう場合がある。押圧
力１７を設けることによってピエゾ素子の耐久性が向上
し、長期間に渡って安定に画素シフト動作をさせること
が出来る。（請求項７に対応）

【００５１】ピエゾ素子８を長期間安定に動作させるた
めには、素子の温度を一定に保つことが好ましい。ま
た、画像表示素子の温度も一定に保つことが好ましい。
画素シフト動作のような連続動作によってピエゾ素子自
体が発熱するし、装置内部の光源からの熱の影響によっ
て装置内の温度が上昇するため、画像表示素子や駆動手
段の特性が劣化する恐れがある。そこで、本発明の他の
構成では、可動部１３およびピエゾ素子８の温度を制御
する温度制御手段を設ける。（請求項８に対応）

【００５２】温度制御手段としては、空冷装置、水冷装
置、油冷装置、ペルチェ素子などを用いることが出来る
が、装置全体の小型化と低駆動電力の点でペルチェ素子
とペルチェ素子の放熱装置を用いることが好ましい。ペ
ルチェ素子の冷却面を本体の一部に接触させ、各部材の
接触部からの熱伝導によって冷却することが出来る。こ
の場合、各部材は銅やアルミなど熱伝導性の良い材料を
用いることが好ましい。また、ペルチェ素子の冷却面で
冷却された気体を表示素子やピエゾ素子に送風しても良
い。ペルチェ素子の加熱面側を積極的に冷却するため
に、送風ファンなどを設け放熱させることが好ましい。
（請求項９に対応）

【００５３】本発明の他の構成では、画像表示素子に駆
動信号を入力する電気配線の接続部が、画像表示素子を
含む可動部の移動方向とその重心を結ぶ方向に対して実
質上対称形に配置する。図２のように、ｙ方向のみに移
動する場合には、Ｘ方向に対称形に配置する。図４のよ
うに、Ｘ方向にも移動する場合は、Ｙ方向にも対称に配
置することことが好ましい。このため、電気配線の剛性
や弾性により画素表示素子が受ける力を相殺することが
出来、画像表示素子の捻じれや傾きを防止することが出
来る。また、電気配線の剛性や弾性による力を更に小さ
くするために、電気配線を多数のグループに分けて、一
つの配線部分を小さくすることが好ましい。図２では一
本の配線であったものを、図４では４本の配線に細かく
分けて配置している。（請求項１０に対応）

【００５４】ここまでに説明した構成により、画素シフ
ト動作時の画像表示素子の捻じれや傾きを効果的に防止
することが出来るが、装置外部から機械的な振動が加わ
った場合に対しては充分に対応できない可能性がある。
装置全体が振動する場合には光学系と画像表示素子の相
対位置関係が変わらずに振動すれば良いが、本発明の構
成のように画像表示素子が可動の場合には、可動部１３
の慣性力によって相対位置がずれる可能性がある。先に
説明したように、可動部の移動方向の外部振動に対して
は駆動手段８と押圧手段１７により固定されているが、
移動方向に垂直な方向の外部振動に対しては、ブレが生
じる可能性がある。そこで、本発明の他の構成では、図
８のように、可動部１３の移動方向に対して実質上直角
方向に両側から押圧力Ｆｇを作用させるガイド手段１８
を設ける。（請求項１１に対応）

【００５５】図８では可動部１３はＹ方向のみに移動す
るため、ガイド手段１８を左右に二個所設けて内側へ押
圧力Ｆｇで挟み込んでいる。さらに、ガイド手段１８を
バネ部材と板状部材から構成し、可動部１３と板状部材
の接触面が摺動可能とすることで、ベアリングなどで点
状に接触する場合に比べて効果的に可動部１３の捻じれ
や傾きを防止することが出来る。この場合、接触面が微
小距離ではあるが、高速に長時間摺動されるため接触面
に潤滑剤層１９を設ける。これにより、揺動動作がスム
ーズになり、部品の摩耗も低減できる。潤滑剤層１９と
しては接触面の摩擦係数を低減し、各部材を腐食しない
材質のものならば潤滑オイルやフッ素系樹脂など全て用
いることが出来る。（請求項１２に対応） また、図９の構成のように、可動部１３がＸとＹの二方
向に移動する場合は、前述の押圧手段１７とガイド手段
１８を共通化することが出来る。

【００５６】図１０にガイド手段１８の他の構成例を示
す。図１０では、ガイド手段として板バネ部材２１を用
いる。例えば、Ｙ方向のみに移動する第一可動部１３ｙ
の両側面にそれぞれ板バネを固定する。板バネは第一可
動部１３ｙの上下から飛び出すような長さに設定してあ
る。この飛び出した部分のそれぞれを曲げて支持部材７
のＸ方向の面に固定する。第一可動部１３ｙは四隅の板
バネ２１から図中の矢印のようにＸ方向およびＹ方向へ
の力を受けて支持体７の枠の中に浮いたような形にな
る。この構成では、第一可動部１３ｙはＸ方向に面状の
圧縮力を受けるので安定しつつＹ方向への微動は可能に
なっている。Ｙ方向に揺動時の捻じれや傾きが防止でき
る。また、第一可動部１３ｙのＹ方向にも力を受けてい
るが、板バネの形状や取付け位置を適宜調整して、Ｙ方
向の下側に大きな弾性力を発生させることも出来る。こ
の力を利用して積層型ピエゾ素子８に圧縮応力を加える
ことが出来るので、簡単な機構で、押圧手段１７とガイ
ド手段である板バネ部材２１を共通化すること出来る。
第二可動部１３ｘについても同様な板バネ機構２１を用
いることが出来る。この構成では、摺動面を設けること
無く摩耗劣化を防止し、長期間に渡って確実にガイドす
ることが出来る。（請求項１３に対応）

【００５７】本発明の他の構成では、図１１に示すよう
に、可動部の側面と支持部材の対向した面に互いに反発
し合う極性が対向するように磁石２２を設ける。両磁石
２２の磁気反発力により非接触で押圧力Ｆｍを作用させ
るので、摺動面を設けること無く、確実にガイドするこ
とが出来る。支持部材７や本体の一部２３との接触部が
少ないため、外部からの振動が伝わり難く、外部からの
衝撃にも強くすることが出来る。（請求項１４に対応）

【００５８】

【発明の効果】請求項１の発明では、画像表示素子を画
素の配列方向に平行に揺動させるので、画像表示素子の
微小な捻じれや傾きを防止することが出来る。したがっ
て、表示部全面で高精細な画像が表示出来ると共に、長
期間に渡って安定した動作が出来る。

【００５９】請求項２の発明では、画素シフトさせる駆
動力の作用方向が画像表示素子を含む可動部の重心を通
るように配置しているので、可動部に回転モーメントが
発生せず、画像表示素子の微小な捻じれや傾きを防止す
ることが出来る。したがって、表示部全面で高精細な画
像が表示出来る。

【００６０】請求項３の発明では、画像表示素子を第一
の方向（例えばＸ軸方向）に移動させるユニット全体を
第二の方向（例えばＹ軸方向）に移動させるので、各方
向の移動に伴う他方向の駆動手段の影響を無くすことが
出来ると共に、各方向の駆動力の作用方向が各可動ユニ
ットの重心を通るように配置しているので、画素表示素
子の捻じれや傾きを効果的に防止することが出来る。し
たがって、表示部全面の二次元方向で高精細な画像が表
示出来る。

【００６１】請求項４の発明では、駆動手段として圧電
アクチュエータを用いているので、比較的簡単な構成で
画像表示素子を矩形波的に振動させることが出来る。し
たがって、画像表示素子が停止している時間、すなわ
ち、実効的に画像表示に寄与する時間を増加することが
出来るため、画像のコントラストと解像度が向上する。

【００６２】請求項５の発明では、積層型ピエゾ素子を
用いているので、画素ピッチの数分の一程度の変位量を
高速かつ高精度に振動させることが出来る。したがっ
て、フレーム周波数を大きくすることが出来、画像のチ
ラツキを低減できる。

【００６３】請求項６の発明では、積層型ピエゾ素子の
伸縮方向の端部を直接的に可動部に接続しているので、
リンク機構などの接続機構のガタによる画像表示素子の
捻じれや傾きを防止することが出来る。したがって、表
示部全面で高精細な画像が表示出来る。

【００６４】請求項７の発明では、駆動方向とは反対方
向に可動部からの積層型ピエゾ素子に押圧力を付勢する
第一の付勢手段を設けて、常に積層型ピエゾ素子に圧縮
応力を加えているので、素子の収縮時に可動部の慣性力
により素子に引張り応力が加わるのを防止でき、素子の
耐久性が向上する。したがって、長期間に渡って安定に
画素シフト動作をさせることが出来る。

【００６５】請求項８の発明では、画像表示素子を含む
可動部および駆動手段の温度を制御する温度制御手段を
有するので、光源からの熱や駆動手段自体の発熱によっ
て装置内温度が上昇して画像表示素子や駆動手段の特性
が劣化することを防止出来る。したがって、長期間に渡
って安定に画素シフト動作と画像表示動作を行なうこと
が出来る。

【００６６】請求項９の発明では、温度制御手段として
ペルチェ素子を用いているので、画像表示装置を小型化
することが出来る。

【００６７】請求項１０の発明では、画像表示素子に駆
動信号を入力する電気配線が、画像表示素子の移動方向
と重心を結ぶ方向に対して実質上対称形であるので、電
気配線の剛性や弾性により画素表示素子が受ける力を相
殺することが出来る。したがって、画像表示素子の捻じ
れや傾きを防止し、表示部全面において画素ズレを無く
すことが出来る。

【００６８】請求項１１の発明では、可動部の移動方向
に対して実質上直角方向に両側から押圧力を作用させる
ガイド手段を設けているので、外部からの振動などによ
る画素表示素子の捻じれや傾きを防止することが出来
る。

【００６９】請求項１２の発明では、可動部とガイド部
材が面で接触するため、可動部の捻じれや傾きを確実に
防止することが出来る。また、接触面に潤滑剤を有する
ことにより、動作がスムーズになり、部品の摩耗も低減
できる。

【００７０】請求項１３の発明では、ガイド手段として
板バネ部材を用い、可動部の移動方向に垂直な方向への
板バネの弾性を利用してガイドし、可動部の移動方向へ
の板バネ部材の弾性を利用して積層型ピエゾ素子に圧縮
応力を加えるので、少ない部品点数で安定な画素シフト
動作と画像表示素子の捻じれや傾きを防止することが出
来る。

【００７１】請求項１４の発明では、可動部とガイドの
付勢手段に磁石を設け、両磁石の磁気反発力により非接
触で押圧力を作用させるので、安定で耐久性に優れた画
素シフト動作を行なうことが出来、外部からの衝撃など
にも強くすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の画像表示装置の構成の一例を示す概
要図である。

【図２】 図１の液晶パネルユニットの一例を示す概要
図である。

【図３】 本発明に対する比較例を示す図である。

【図４】 可動部をＹ方向に駆動する第一駆動手段と、
Ｘ方向にも駆動する第二駆動手段を有する構成例を示す
図である。

【図５】 本発明の他の構成例を示す図である。

【図６】 本発明に対する比較例を示す図である。

【図７】 本発明の他の構成例を示す図である。

【図８】 本発明の他の構成例を示す図である。

【図９】 本発明の他の構成例を示す図である。

【図１０】 本発明の他の構成例を示す図である。

【図１１】 本発明の他の構成例を示す図である。

【符号の説明】

１…ＬＥＤ光源、２…拡散板、３…コンデンサレンズ、
４…液晶パネル、５…投射レンズ、６…スクリーン、７
…支持部材、８…駆動手段、９…光源ドライブ、１０…
液晶パネルドライブ、１１…駆動ドライブ、１２…パネ
ルユニット、１３…可動部、１４…ガイド部材、１５，
１６…接続機構、１７…押圧手段、１８…ガイド手段、
１９…潤滑剤層、２０…電気配線、２１…バネ部材、２
２…磁石。

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｈ０２Ｎ 2/00 Ｈ０２Ｎ 2/00 Ｂ Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｂ (72)発明者 加藤 幾雄 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 滝口 康之 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 亀山 健司 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 Ｆターム(参考） 2H089 HA40 JA10 QA06 QA11 QA16 TA07 UA05 UA09 5C006 AA14 AA17 AF44 BB11 EC11 FA21 5C058 AA06 AB02 AB03 AB07 BA25 BA35 EA12 EA26 5C080 AA10 BB05 DD01 DD07 EE29 JJ02 JJ06 5G435 AA01 BB05 BB06 BB12 BB19 EE13 EE15 EE19 LL04 LL15

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像情報に従って光を制御可能な複数の
   画素が第一の方向および第一の方向と直交する第二の方
   向にそれぞれ所定のピッチで配列した二次元の画像表示
   素子と、画像表示素子に駆動信号を入力する電気配線
   と、画像表示素子を観察するため光学素子と、画像表示
   素子を含む可動部を画素の配列面内の方向に対して光学
   的な位置を揺動させる駆動手段と、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に対応して該駆動
   手段を制御する制御手段とを有し、画像表示素子の実画
   素数を増倍して表示する画像表示装置において、 画素の配列面を配列方向に沿って平行に揺動させるよう
   に、画像表示素子を含む可動部と駆動手段を配置したこ
   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、駆動手段による駆動
   力を前記可動部に対して面状に作用させ、駆動力の作用
   方向の延長範囲内に画像表示素子を含む可動部全体の重
   心が位置するように、画像表示素子を含む可動部と駆動
   手段を配置したことを特徴とする画像表示装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、画像表示素子を含む
   第一可動部と、第一可動部を第一の方向に揺動させる第
   一駆動手段と、第一駆動手段を支持する第一支持体とか
   ら成る第二可動部と、第二可動部全体を第二の方向に揺
   動させる第二駆動手段とを有し、 第一駆動手段による駆動力の作用方向の延長範囲内に第
   一可動部の重心が位置するように第一駆動手段を配置
   し、第二駆動手段による駆動力の作用方向の延長範囲内
   に第二可動部全体の重心が位置するように第二駆動手段
   を配置したことを特徴とする画像表示装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかにおいて、前
   記駆動手段が圧電アクチュエータであることを特徴とす
   る画像表示装置。
5. 【請求項５】 請求項４において、圧電アクチュエータ
   が積層型ピエゾ素子であることを特徴とする画像表示装
   置。
6. 【請求項６】 請求項５において、積層型ピエゾ素子の
   伸縮方向の端部を直接的に可動部に接続したことを特徴
   とする画像表示装置。
7. 【請求項７】 請求項５又は６において、可動部が積層
   型ピエゾ素子に対して常に圧縮力を加えるように押圧手
   段を設けたことを特徴とする画像表示装置。
8. 【請求項８】 請求項１乃至７のいずれかにおいて、画
   像表示素子を含む可動部および駆動手段の温度を制御す
   る温度制御手段を有することを特徴とする画像表示装
   置。
9. 【請求項９】 請求項８において、温度制御手段がペル
   チェ素子とペルチェ素子の放熱装置より成ることを特徴
   とする画像表示装置。
10. 【請求項１０】 請求項１乃至９のいずれかにおいて、
    画像表示素子を含む可動部における前記電気配線の接続
    位置を画像表示素子の揺動方向と重心を結ぶ方向に対し
    て実質上対称形に設けたことを特徴とする画像表示装
    置。
11. 【請求項１１】 請求項１乃至１０のいずれかにおい
    て、画像表示素子を含む可動部を揺動方向に平行に案内
    するガイド手段を有し、ガイド手段が画像表示素子を含
    む可動部の揺動方向に対して実質上直角方向に両側から
    押圧力を加えることを特徴とする画像表示装置。
12. 【請求項１２】 請求項１１において、ガイド手段がバ
    ネ部材と板状部材から成り、画像表示素子を含む可動部
    と板状部材の接触面が摺動可能であり、接触面に潤滑剤
    層を有することを特徴とする画像表示装置。
13. 【請求項１３】 請求項１１において、ガイド手段が画
    像表示素子を含む可動部と支持体に固定された板バネ部
    材であり、前記押圧手段と共通化したことを特徴とする
    画像表示装置。
14. 【請求項１４】 請求項１１において、ガイド手段が画
    像表示素子を含む可動部の側面と該側面に対向した支持
    体面に設けた互いに反発する極性を有する磁石対である
    ことを特徴とする画像表示装置。