JP2001359112A

JP2001359112A - 投影型画像表示装置

Info

Publication number: JP2001359112A
Application number: JP2000181302A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Kato; 浩巳加藤; Hiroshi Nakanishi; 浩中西; Hiroshi Hamada; 浩浜田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-06-16
Filing date: 2000-06-16
Publication date: 2001-12-26
Anticipated expiration: 2020-06-16
Also published as: JP3722205B2

Abstract

(57)【要約】【課題】明るく、高解像度で均一な表示を実現し、か
つ小型化および低コスト化に適した投影型画像表示装置
を提供する。【解決手段】光源１と、各々が光を変調することができ
る複数の画素領域を有する画像表示パネル８と、光源１
からの光を波長域に応じて対応する画素領域に集光させ
る光制御手段４〜６と、画像表示パネル８で変調された
光によって被投影面１３上に画像を形成する光学系９、
１１とを備えている。更に、画像を構成する各フレーム
画像のデータから複数のサブフレーム画像のデータを生
成し、前記画像表示パネルによって前記複数のサブフレ
ーム画像を時分割で表示させる回路と、選択されたサブ
フレーム画像を被投影面１３上でシフトさせる画像シフ
ト素子１１とを備えている。サブフレームの表示の切り
替えは画像表示パネル８の画面一括書き込みによって行
い、しかも、画像シフト素子１０によるシフト動作を前
記切り替えに同期させて実行することにより、画像表示
パネル８の異なる画素領域で変調された異なる波長域に
属する光で被投影面１３上の同一領域を順次照射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像表示装置に関
し、特にカラーフィルタを用いずに１枚の画像表示パネ
ルを用いてカラー表示を行うことができる単板式投影型
画像表示装置に関している。本発明は、コンパクトな投
影型カラー液晶テレビジョンシステムや情報表示システ
ムに好適に用いられ得る。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示パネルを用いた従来の投影型画
像表示装置を説明する。

【０００３】このような投影型画像表示装置は、液晶表
示パネル自体が発光しないため、別に光源を設ける必要
があるが、ＣＲＴを用いた投影型画像表示装置と比較す
ると、色再現範囲が広い、小型、軽量、コンバージェン
ス調整が不用などの非常に優れた特徴を持っている。

【０００４】液晶表示パネルを用いた投影型画像表示装
置によってフルカラー表示を行うには、３原色に応じて
液晶表示パネルを３枚用いる３板式と、１枚のみを用い
る単板式がある。

【０００５】３板式の投影型画像表示装置では、白色光
を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、および青（Ｂ）の３原色それぞ
れに分割する光学系と、Ｒ、Ｇ、およびＢ色の光をそれ
ぞれ変調して画像を形成する３枚の液晶表示パネルとを
用い、Ｒ、Ｇ、およびＢ色の各々の画像を光学的に重畳
することによってフルカラーの表示を実現している。

【０００６】３板式の投影型画像表示装置では、白色光
源から放射される光を有効に利用できるが、光学系が繁
雑で部品点数が多くなってしまうため、一般に、コスト
およびサイズの観点で単板式の投影型画像表示装置より
も不利である。

【０００７】単板式の投影型画像表示装置は、モザイク
状またはストライプ状に配列した３原色のカラーフィル
タを備えた１枚の液晶表示パネルを用いる。そして、液
晶表示パネルで表示したフルカラー画像を投影光学系に
よってスクリーンなどの被投影面に投影する。このよう
な単板式の投影型画像表示装置は、例えば特開昭５９−
２３０３８３号公報に記載されている。単板式の場合、
１枚の液晶表示パネルを用いるので、光学系も３板式の
場合に比較して単純な構成で済み、小型の投影型画像表
示装置を低コストで提供するの適している。

【０００８】しかし、カラーフィルタを用いる単板式の
場合、カラーフィルタでの光吸収が発生するため、同等
の光源を用いた３板式の場合と比較して画像の明るさが
約１／３に低下してしまう。また、液晶表示パネルの
Ｒ、Ｇ、Ｂに対応する３つの画素領域が１組となって１
画素の表示を行う必要があるため、画像の解像度も３板
式の解像度の１／３に低下してしまう。

【０００９】光源を明るくすることは明るさ低下に対す
る１つの解決法であるが、民生用として使用する場合、
消費電力の大きな光源を用いることは好ましくない。ま
た、吸収タイプのカラーフィルタを用いる場合、カラー
フィルタに吸収された光のエネルギーは熱に変わるた
め、いたずらに光源を明るくすると、液晶表示パネルの
温度上昇を引き起こすだけでなく、カラーフィルタの退
色が加速される。したがって、与えられた光をいかに有
効に利用するかが、投影型画像表示装置の利用価値を向
上させる上で重要な課題である。

【００１０】単板式投影型画像表示装置による画像の明
るさを向上させるため、カラーフィルタなしでフルカラ
ー表示を行う液晶表示装置が開発されている（特開平４
−６０５３８号公報）。この液晶表示装置では、光源か
ら放射された白色光をダイクロイックミラーのような誘
電体ミラーによってＲ、Ｇ、Ｂの各光束に分割し、液晶
表示パネルの光源側に配置されたマイクロレンズアレイ
に異なった角度で入射させる。マイクロレンズに入射し
た各光束は、マイクロレンズを透過することによって、
入射角に応じて対応する画素領域に集光される。このた
め、分離されたＲ、Ｇ、Ｂの各光束は、別々の画素領域
で変調され、フルカラー表示に用いられる。

【００１１】上記の誘電体ミラーを用いる代わりに、
Ｒ、Ｇ、Ｂ光に対応する透過型のホログラム素子を用い
て光利用率向上を図った表示装置が特開平５−２４９３
１８号公報に開示され、画素ピッチに対応した周期的構
造を透過型ホログラム素子に持たせ、誘電体ミラーおよ
びマイクロレンズの機能を与えた装置が特開平６−２２
２３６１号公報に開示されている。

【００１２】単板式のもう１つの課題である解像度につ
いては、フィールド順次方式を採用することによって１
枚の液晶表示パネルで３板式と同等の解像度を得ること
ができる。フィールド順次方式では、人間の視覚で分解
できない速さで光源の色の切替えを行うことにより、時
分割表示される各画像の色が加法混色によって構成され
る現象（継続加法混色）を利用する。

【００１３】フィールド順次方式でフルカラー表示を行
う投影型画像表示装置は、例えば、図３２に示す構成を
有している。この表示装置では、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフ
ィルタから構成された円盤を液晶表示パネルの垂直走査
周期に合わせて高速に回転させ、カラーフィルタの色に
対応した画像信号を液晶表示パネルの駆動回路に順次入
力する。人間の目には、各色に対する画像の合成像が認
識される。

【００１４】このようなフィールド順次方式の表示装置
によれば、単板方式と異なり、液晶表示パネルの各画素
でＲ、Ｇ、Ｂ画像を時分割で表示するため、その解像度
は３板式と同等レベルになる。

【００１５】フィールド順次方式の他の表示装置とし
て、Ｒ、Ｇ、Ｂの各々の光束で液晶表示パネルの異なる
領域を照射する投影型画像表示装置がＩＤＷ’９９（Ｐ
９８９〜Ｐ９９２）に開示されている。この表示装置で
は、光源から放射された白色光を誘電体ミラーによって
Ｒ、Ｇ、Ｂの光束に分離し、Ｒ、Ｇ、Ｂの各々の光束で
液晶表示パネルの異なる領域を照射する。液晶表示パネ
ルに対するＲ、Ｇ、Ｂの光照射位置は、キューブ状のプ
リズムを回転させることによって順次切り換えられる。

【００１６】また、特開平９−２１４９９７号公報に記
載されている投影型画像表示装置では、上記の特開平４
−６０５３８号公報に記載されている液晶表示装置と同
様の液晶表示装置を用い、同様の方法で白色光を色毎の
光束に分割し、各光束を異なった角度で画素領域に入射
させている。この投影型画像表示装置では、光利用効率
の向上と高解像度化の両立を実現するために、各フレー
ム画像を複数のサブフレーム画像に時分割し、液晶表示
パネルの垂直走査周期に同期させて光束の入射角度を周
期的に切り換えている。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
特開平４−６０５３８号公報、特開平５−２４９３１８
号公報、および特開平６−２２２３６１号公報等に記載
されている装置によれば、確かに明るさは改善される
が、解像度は３板式の１／３のままである。その理由
は、１つの画素（ドット）を表示するのに空間的に分離
されたＲ、Ｇ、およびＢ用の３つ画素を１組として用い
るためである。

【００１８】これに対して、通常のフィールド順次方式
の場合は解像度が３板式の解像度と同等レベルに改善さ
れる。しかし、画像の明るさに関しては、従来の単板式
と同様の問題を有している。

【００１９】一方、ＩＤＷ’９９に記載されている上記
の表示装置の場合、Ｒ、Ｇ、Ｂの光照射位置を相互に重
複させないようにする必要があるが、そのためには平行
度が非常に優れた照明光を必要とする。従って、照明光
の平行度の規制によって光の利用効率が低下してしまう
ことになる。

【００２０】以上のように、上述した従来技術では、何
れも、単板式の課題である明るさおよび解像度の両方を
改善させることは実現していない。

【００２１】本出願人は、上記の課題を解決することを
意図した投影型画像表示装置を特開平９−２１４９９７
号公報に開示している。特開平９−２１４９９７号公報
に開示した表示装置によれば、液晶パネルに対する光束
の入射角度を液晶パネルの垂直走査周期に同期させて順
次切り換える必要がある。この装置では、このような切
替えを行うため、液晶表示パネルと光源との間に特別の
スペースを確保し、そこで２組のホログラム素子やミラ
ーを駆動する必要がある。

【００２２】このような表示装置では、入射光角度の切
替えを行うために複数の可動部が必要であり、その制御
が複雑になる。また、液晶表示パネルの各画素が全ての
色を順次表示するため、液晶表示パネルで色別の調整を
行うことができない。

【００２３】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、その主な目的は、明るく、高解像度で均一な表
示を実現し、かつ小型化および低コスト化に適した投影
型画像表示装置を提供することにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明による投影型画像
表示装置は、光源と、各々が光を変調することができる
複数の画素領域を有する画像表示パネルと、前記光源か
らの光を波長域に応じて前記複数の画素領域のうちの対
応する画素領域に集光させる光制御手段と、前記画像表
示パネルで変調された光によって被投影面上に画像を形
成する光学系とを備えた投影型画像表示装置であって、
前記画像を構成する各フレーム画像のデータから複数の
サブフレーム画像のデータを生成し、前記画像表示パネ
ルによって前記複数のサブフレーム画像を時分割で表示
させる回路と、前記画像表示パネルによって表示される
前記複数のサブフレーム画像のうち選択されたサブフレ
ーム画像を前記被投影面上でシフトさせる画像シフト素
子とを備え、前記サブフレームの表示の切り替えは前記
画像表示パネルの面書き込みによって行い、しかも、前
記画像シフト素子によるシフト動作を前記切り替えに同
期させて実行することにより、前記画像表示パネルの異
なる画素領域で変調された異なる波長域に属する光で前
記被投影面上の同一領域を順次照射する投影型画像表示
装置。

【００２５】ある好ましい実施形態において、前記画像
シフト素子は、前記画像表示パネルによって変調された
光の経路をシフトさせる少なくとも１つの光学装置を有
しており、前記光学装置は、光の偏光方向を変調する第
１の素子と、光の偏光方向によって屈折率の異なる第２
の素子とを有している。

【００２６】ある好ましい実施形態において、前記画像
シフト素子は、前記画像表示パネルによって変調された
光の経路をシフトさせる少なくとも１つの光学装置を有
しており、前記光学装置は、偏光光に対して２以上の異
なる屈折率を示す液晶層と、前記液晶層を挟む２枚の基
板とを有しており、前記２枚の基板のいずれか一方の基
板の液晶側表面には、前記２以上の屈折率のうちの少な
くとも１つの屈折率と実質的に等しい屈折率を持つ材料
から形成された微小プリズムまたは回折格子が形成され
ている。

【００２７】ある好ましい実施形態において、前記画像
シフト素子は、前記画像表示パネルによって変調された
光の経路をシフトさせる少なくとも１つの光学装置を有
しており、前記光学装置は、異なる表面状態にある複数
の透明領域を持つ少なくとも１つの透明板を有してお
り、前記複数の透明領域には傾斜角の異なる微小プリズ
ム、または格子間隔の異なる回折格子が形成されてい
る。

【００２８】ある好ましい実施形態においては、前記サ
ブフレームの表示の切り替えに際して、前記画像表示パ
ネルからの光を遮断する遮光装置を有している。

【００２９】前記被投影面上における前記サブフレーム
のシフト量は、前記被投影面上において前記シフトの方
向に沿って測定した画素ピッチの略整数倍であることが
好ましい。

【００３０】

【発明の実施の形態】本発明では、例えばカラーフィル
ターを用いない単板式の投影型画像表示装置において、
画像を構成する各フレーム画像のデータから複数のサブ
フレーム画像のデータを生成し、画像表示パネルによっ
て複数のサブフレーム画像を時分割で表示させる。そし
て、これらのサブフレーム画像を被投影面上で順次シフ
トさせることにより、画像表示パネルの異なる画素領域
で変調された異なる波長域に属する光（Ｒ、Ｇ、Ｂ光）
で被投影面上の同一領域を順次照射し、それよって高解
像度のフルカラー表示を実現する。

【００３１】本発明の場合、被投影面上で1つの画素に
相当する特定の領域に着目すると、或るサブフレームの
表示期間（以下、「サブフレーム期間」と称する）にお
いて、その特定領域は例えば赤色の光（Ｒ光）で照射さ
れるが、次のサブフレーム期間においては緑色の光（Ｇ
光）で照射され、更に次のサブフレーム期間において
は、青色の光（Ｂ光）で照射されることになる。このよ
うに本発明によれば、被投影面上の各画素の色がＲ、
Ｇ、およびＢ光の時分割照射によって規定される。

【００３２】従来のフィールド順次方式による投影型カ
ラー画像表示装置と本発明との間には、以下に述べるよ
うな著しい相違点がある。

【００３３】従来のフィールド順次方式の場合は、Ｒ、
Ｇ、およびＢ光で交互に画像表示パネルを照らす。した
がって、或る１つのサブフィールド期間においては、
Ｒ、Ｇ、およびＢ光のいずれか1つの光で画像表示パネ
ルの全画素領域が照射されることになる。その結果、被
投影面上の各サブフレーム画像は、Ｒ、Ｇ、およびＢ光
のうちの１色からなる画素によって構成されるが、Ｒ画
像用サブフレーム、Ｇ画像用サブフレーム、およびＢ画
像用サブフレームが人間の視覚の時間分解能以下の短い
時間単位で時分割表示されるため、残像によって人間の
目にはカラー画像が認識される。

【００３４】これに対し、本発明で用いるサブフレーム
画像のそれぞれは、後に詳述するように、Ｒ、Ｇ、およ
びＢ光の組み合わせによって構成される。すなわち、或
る１つのサブフレーム期間において、被投影面は、画像
表示パネルで変調されたＲ、Ｇ、およびＢ光によって照
らされる。画像表示パネルによって変調されたＲ、Ｇ、
およびＢ光は、それぞれ、サブフレーム期間毎に被投影
面の異なる位置を照射し、時間的に合成され、フルカラ
ーのフレーム画像を表示する。

【００３５】本発明では、このようなＲ、Ｇ、およびＢ
光の時間的合成を画像シフト素子によって行う。この画
像シフト素子は、画像表示パネルと被投影面との間に配
置され、画像表示パネルによって変調された光の経路
（光路）を周期的・規則的に変化させる。

【００３６】本発明の適用範囲は投影型画像表示装置に
限定されず、ビュワーやヘッド・マウント・ディスプレ
イなどの直視型画像表示装置にも好適に適用されるが、
以下においては、投影型の画像表示装置を例にとり、本
発明の好ましい実施形態を説明する。

【００３７】まず、図１を参照しながら第１の実施形態
にかかる装置構成を説明する。

【００３８】（実施形態１）本実施形態の投影型画像表
示装置は、光源１と、液晶表示パネル８と、光源１から
の光を波長域に応じて液晶表示パネル８の対応する画素
領域に集光させる光制御手段と、液晶表示パネル８によ
って変調された光を被投影面上に投射する投影光学系と
を備えている。

【００３９】この投影型画像表示装置は、更に、光源１
から後方に出た光（白色光）を前方に反射する球面鏡２
と、光源１および球面鏡２からの光を平行光束にするコ
ンデンサーレンズ３と、この光束を波長域に応じて複数
の光束に分離するダイクロイックミラー４〜６を備えて
いる。ダイクロイックミラー４〜６によって反射された
光は、波長域に応じて異なる角度でマイクロレンズアレ
イ７に入射する。マイクロレンズアレイ７は液晶表示パ
ネル８の光源側基板に取りつけられており、異なる角度
でマイクロレンズ７に入射した光は、それぞれ異なる位
置の対応する画素領域に集められる。

【００４０】本投影型画像表示装置の投影光学系は、フ
ィールドレンズ９および投影レンズ１１から構成されて
おり、液晶表示パネル８を透過した光束１２をスクリー
ン（被投影面）１３に投射する。本実施形態では、フィ
ールドレンズ９と投影レンズ１１との間に、画像シフト
素子１０が配置されている。図１には、画像シフト素子
１０によって被投影面に平行な方向にシフトされた光束
１２ａ、１２ｂが示されている。光束のシフトを行うに
は、画像シフト素子１０は液晶表示パネル８とスクリー
ン１３との間の何れかの位置に挿入されていればよく、
投影レンズ１１とスクリーン１３との間に配置されてい
ても良い。

【００４１】次に、本投影型画像表示装置の各構成要素
を順番に説明する。

【００４２】本実施形態においては、光源１として、光
出力１５０Ｗ、アーク長５ｍｍ、アーク径２．２ｍｍの
メタルハライドランプを用い、このランプをアーク長方
向が図面の紙面と平行となるように配置している。光源
１としては、メタルハライドランプ以外に、ハロゲンラ
ンプ、超高圧水銀ランプ、またはキセノンランプ等を用
いてもよい。本実施形態で使用する光源１は、三原色に
対応する３つの波長域の光を含む白色光を放射する。

【００４３】光源１の背面には球面鏡２が配置され、光
源１の前面には口径８０ｍｍφ、焦点距離６０ｍｍのコ
ンデンサーレンズ３が配置されている。球面鏡２は、そ
の中心が光源１の発光部の中心と一致するように配置さ
れており、コンデンサーレンズ３は、その焦点が光源１
の中心と一致するように配置されている。

【００４４】このような配置構成により、光源１から出
射された光は、コンデンサーレンズ３によって平行化さ
れ、液晶表示パネル８を照らすことになる。コンデンサ
ーレンズ３を通過した光の平行度は、例えば、アーク長
方向（図１の紙面に平行な方向）に約２．２°、アーク
径方向に約１°となる。

【００４５】本実施形態で使用する液晶表示パネル８
は、光源側の透明基板上にマイクロレンズアレイ７が配
置された透過型液晶表示素子である。液晶の種類や動作
モードは任意であるが、高速動作し得るものであること
が好ましい。本実施形態ではＴＮ（ツイステッド・ネマ
ティック）モードで動作する。液晶表示パネル８には、
光を変調するための複数の画素領域が設けられている
が、本願明細書における「画素領域」とは、画像表示パ
ネルにおいて空間的に分離された個々の光変調部を意味
する。液晶表示パネル８の場合は、個々の画素領域に対
応する画素電極によって液晶層の対応部分に電圧が印加
され、その部分の光学特性が変化することによって光の
変調が行われる。

【００４６】この液晶表示パネル８では、例えば７６８
（Ｈ）×１０２４（Ｖ）の走査線が画面全体一括的に駆
動される。液晶表示パネル８の画素領域は透明基板上に
二次元的に配列されており、本実施形態の場合、画素領
域のピッチは水平方向に沿って測定した値も垂直方向に
沿って計測した値も２６μｍである。そして、本実施形
態の場合、Ｒ用、Ｇ用、Ｂ用画素領域は、それぞれ、画
面の水平方向に沿ってストライプ状に配列され、各マイ
クロレンズが３つの画素領域（Ｒ用、Ｇ用、Ｂ用画素領
域）からなるセットに割り当てられている。

【００４７】液晶表示パネル８を照射するＲ、Ｇ、およ
びＢ光は、図１に示すように、光源１から放射された白
色光をダイクロイックミラー４、５、および６によって
分離したものであり、液晶表示パネル８上のマイクロレ
ンズアレイ７へ異なる角度で入射する。Ｒ、Ｇ、および
Ｂ光の入射角度を適切に設定することにより、図２に示
すように、マイクロレンズ７によって各波長域に対応す
る画素領域へ適切に振り分けられる。本実施形態では、
マイクロレンズ７の焦点距離を２５５μｍとし、各光束
がなす角度が５．８度になるように設計している。より
詳細には、Ｒ光は液晶表示パネル８に対して垂直に入射
し、Ｂ光およびＧ光は、それぞれ、Ｒ光に対して５．８
度の角度で入射する。

【００４８】ダイクロイックミラー４、５、および６
は、図３に示すような分光特性を有しており、それぞ
れ、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）、および青色（Ｂ）の光を
選択的に反射する。Ｇ光の波長域は５２０〜５８０ｎ
ｍ、Ｒ光の波長域は６００〜６５０ｎｍ、Ｂ光の波長域
は４２０〜４８０ｎｍである。

【００４９】本実施形態では、３原色の光を対応する画
素領域に集めるためにダイクロイックミラー４〜６およ
びマイクロレンズアレイ７を用いているが、他の光学的
な手段（例えば、光の回折・分光機能を付与された透過
型ホログラム）を用いてもよい。

【００５０】前述のように液晶表示パネル８は画面全体
が一括的に駆動されるため、１秒間に６０フレームの画
像が表示され、各フレームに割り当てられる時間（フレ
ーム期間）Ｔは１／６０秒、すなわち、Ｔ＝１／６０
（秒）≒１６．６（ミリ秒）となる。

【００５１】本実施形態では、画像を構成する各フレー
ム画像の情報（データ）を逐次フレームメモリに蓄え、
そのフレームメモリから選択的に読み出した情報に基づ
いて複数のサブフレーム画像を順次形成する。以下、サ
ブフレーム画像の形成方法を詳細に説明する。

【００５２】例えば、或るフレームの画像（フレーム画
像）が図４（ａ）に示すような画像であるとする。この
フレーム画像はカラー表示されるべきものであり、各画
素の色は、上記フレーム画像を規定するデータに基づい
て決定される。

【００５３】従来の３板式投影型画像表示装置の場合
は、上記データから各画素についてＲ、Ｇ、およびＢ光
用のデータを分離し、図４（ｂ）、（ｃ）、および
（ｄ）に示すように、Ｒ画像用フレーム、Ｇ画像用フレ
ーム、およびＢ画像用フレームの各データを生成する。
そして、Ｒ、Ｇ、およびＢ用の３枚の画像表示パネルを
用いて、Ｒ画像用フレーム、Ｇ画像用フレーム、および
Ｂ画像用フレームをそれぞれ同時に表示し、被投影面上
で重畳する。図５（ａ）は、被投影面１３上における或
る特定の画素について、Ｒ、Ｇ、およびＢ画像用フレー
ムが重畳されている様子を模式的に示している。

【００５４】これに対して、従来の単板式投影型画像表
示装置の場合は、１枚の表示パネルにＲ、Ｇ、およびＢ
用画素領域が別々の位置に設けられている。そして、
Ｒ、Ｇ、およびＢ用データの各々に基づいてＲ、Ｇ、お
よびＢ用画素領域で光の変調が行われ、被投影面上にカ
ラー画像が形成されることになる。この場合は、被投影
面上において人間の視覚による空間的分解能よりも小さ
な領域内にＲ、Ｇ、およびＢ光が照射されるため、Ｒ、
Ｇ、およびＢ光は相互に空間的に分離されているにもか
かわらず、人間の目には１つの画素が構成されるように
認識される。図５（ｂ）は、被投影面１３上における或
る特定の画素について、Ｒ、Ｇ、およびＢ光の照射の様
子を模式的に示している。

【００５５】以上の従来方式と異なり、本実施形態で
は、１つの画像表示パネル８の異なる画素領域で変調さ
れたＲ、Ｇ、およびＢ光が被投影面１３上の同一領域に
順次照射され、その同一領域に１つの画素を表示する。
すなわち、被投影面１３上の任意の画素に注目した場
合、その画素の表示はフィールド順次方式に類似した方
式で実行される。ただし、１つの画素を構成するＲ、
Ｇ、およびＢ光は、１つの画像表示パネルの異なる画素
領域で変調されたものである点で従来のフィールド順次
方式とは大きく異なる。図５（ｃ）は、被投影面１３上
における或る特定の画素について、時分割で照射される
Ｒ、Ｇ、およびＢ光が１フレーム期間にわたって合成さ
れる様子を模式的に示している。図５（ｃ）の左側部分
に示されている画面は、１枚の画像表示パネル８におけ
る異なる３つのサブフレーム画像に対応している。

【００５６】図５（ａ）〜（ｃ）から明らかなように、
本実施形態によれば、たった１枚の表示パネルを用いな
がら、３板式と同様の高解像度と明るさでフルーカラー
の表示を実現することができる。

【００５７】次に、図６を参照しながらサブフレーム画
像の構成を詳細に説明する。

【００５８】図６の左側部分には、Ｒ、Ｇ、およびＢ用
フレームメモリに格納されたＲ、Ｇ、およびＢ画像フレ
ームのデータが示されている。図６の右側部分には、表
示サブフレーム１〜３が示されている。本実施形態によ
れば、或るフレームの最初の３分の１の期間（第１サブ
フレーム期間）において、被投影面上には表示サブフレ
ーム１の画像が被投影面上に表示される。そして、次の
３分の１の期間（第２サブフレーム期間）には、表示サ
ブフレーム２の画像が表示され、最後の３分の１の期間
（第３サブフレーム期間）には、表示サブフレーム３の
画像が表示される。本実施形態では、これら３つのサブ
フレーム画像が図７に示すようにシフトし、時間的にず
れながら合成される結果、人間の目には図４（ａ）に示
すような原画像が認識されることになる。

【００５９】次に、表示サブフレーム１を例にとり、サ
ブフレーム画像のデータ構成を詳細に説明する。

【００６０】まず、表示サブフレーム１の第１行画素領
域用データは、図６に示すように、Ｒ用フレームメモリ
に記憶されている第１行目画素（Ｒ１）に関するデータ
から形成される。表示サブフレーム１の第２行画素領域
用データは、Ｇ用フレームメモリに記憶されている第２
行目画素（Ｇ２）に関するデータから形成される。表示
サブフレーム１の第３行画素領域用データは、Ｂ用フレ
ームメモリに記憶されている第３行目画素（Ｂ３）に関
するデータから形成される。表示サブフレーム１の第４
行画素領域用データは、Ｒ用フレームメモリに記憶され
ている第４行目画素（Ｒ４）に関するデータから形成さ
れる。以下、同様の手順で表示サブフレーム１のデータ
が構成される。

【００６１】表示サブフレーム２および３のデータも、
表示サブフレーム１の場合と同様にして構成される。例
えば表示サブフレーム２の場合、第０行画素領域用デー
タは、Ｂ用フレームメモリに記憶されている第１行目画
素（Ｂ１）に関するデータから形成され、表示サブフレ
ーム２の第１行画素領域用データはＲ用フレームメモリ
に記憶されている第２行目画素（Ｒ２）に関するデータ
から形成される。表示サブフレーム２の第２行画素領域
用データはＧ用フレームメモリに記憶されている第３行
目画素（Ｇ３）に関するデータから形成され、表示サブ
フレーム２の第３行画素領域用データはＢ用フレームメ
モリに記憶されている第４行目画素（Ｂ４）に関するデ
ータから形成される。

【００６２】このようにしてＲ、Ｇ、およびＢ用フレー
ムメモリの各々から読み出したデータを予め設定された
順序で組み合わせることによって、時分割表示されるサ
ブフレームの各々のデータが生成される。この結果、サ
ブフレーム用データの各々は、Ｒ、Ｇ、およびＢの全て
の色に関する情報を含んでいるが、Ｒ、Ｇ、およびＢの
それぞれについて、空間的には全体の３分の１の領域に
関する情報を有しているだけである。より詳細に述べれ
ば、表示サブフレーム１の場合、Ｒの情報は、図６から
明らかにように、形成すべきフレーム画像の第１、４、
７、１０…行の画素に関するものだけである。フレーム
画像の他の行における画素に関するＲの情報は表示サブ
フレーム２および３に割り振られている。

【００６３】本実施形態では、画像表示パネルの各画素
領域には常に同じ色の情報が表示されることになるが、
各サブフレーム間で画像をシフトさせて投影させること
によって、フレーム画像を合成することができる。な
お、図６からわかるように、画像表示パネルの画素領域
の全行数は、１つのサブフレーム画像を構成する画素の
全行数よりも２行だけ多い。この２行は画像シフトのマ
ージンとして機能する。

【００６４】次に、図８および図９を参照しながら、シ
フトした複数のサブフレーム画像が１つのフレーム画像
を合成する様子を説明する。

【００６５】まず、図８を参照する。図８（ａ）は、ス
クリーンなどの被投影面に投影された３枚のサブフレー
ム画像の一部を示す斜視図である。図中の左から順番に
表示サブフレーム１〜３、および合成されたフレーム画
像が模式的に示されている。図８（ｂ）は、画素表示パ
ネルの対応画素領域を示しており、左から順番に、表示
サブフレーム１〜３の対応部分を示している。表示サブ
フレーム１の第３行〜第７行、表示サブフレーム２の第
２行〜第６行、および表示サブフレーム３の第１行〜第
５行が被投影面上で時間的にはズレながらも空間的に重
なりあうことで１枚のフレーム画像が構成される。

【００６６】画像表示パネル上のＲ、Ｇ、およびＢ用画
素領域の位置は、図８（ｂ）に示されるように固定され
ているが、画像表示パネルと被投影面との間に配置され
た画像シフト素子の働きによってサブフレーム画像の光
路がシフトし、図８（ａ）に示すようなサブフレーム画
像の合成が達成される。

【００６７】次に、サブフレーム画像のシフト方法を説
明する。

【００６８】本実施形態では、図９に示すような３つの
透明領域Ａ〜Ｃを有する円盤状ガラス板（屈折部材）２
０から作製した画像シフト素子を採用する。この円盤状
ガラス板２０は、屈折率が１．５２のＢＫ７ガラスから
形成されており、透明領域Ａの厚さは０．７ｍｍ、透明
領域Ｂの厚さは１．１ｍｍ、透明領域Ｃの厚さは１．５
ｍｍに設定されている。このガラス板は、円盤の中心を
軸にして回転可能な状態で支持され、ガラス板の主面が
光軸との間で７０．２度の角度を形成するよう配置され
る。図１０は、光軸を横切るガラス板の断面を部分的に
模式的に示している。光軸に垂直な面とガラス板の主面
との間の角度をθ_０、ガラス厚をｄ、ガラスの屈折率を
ｎ_gとすると、屈折による光軸のシフト量Δｘは下記式
で表現される。

【００６９】Δｘ＝ｄ・ｓｉｎθ_０（１−ｃｏｓθ_０／
（ｎ_g ²−ｓｉｎ²θ_０）^1/2）本実施形態では、ガラス厚ｄが透明領域Ａ〜Ｃの各々で
異なる値を持つように設計されており、ガラス板２０の
回転にともなって光軸のシフト量Δｘが周期的に変化す
ることになる。

【００７０】画像表示パネルで変調された光束は、不図
示の駆動装置（モータなど）によって回転するガラス板
２０の透明領域Ａ〜Ｃのいずれかを透過し、被投影面に
到達する。本実施形態の場合、透明領域Ａを透過した光
束の光路に対し、透明領域Ｂを透過した光束の光路は２
６．１μｍだけシフトする。また同様に、透明領域Ｂを
透過した光束の光路に対し、透明領域Ｃを透過した光束
の光路は２６．１μｍだけシフトする。なお、ここでの
シフト量（＝２６．１μｍ)は、画像表示パネル上での
シフト量として換算した値であり、画素領域の垂直ピッ
チに相当するように画像シフト素子を設計している。こ
のシフト量は、各透明領域Ａ〜Ｃの厚さを調節すれば、
他の任意の値に変更することができる。例えば、各透明
領域Ａ〜Ｃの厚さを１．４倍にすれば、シフト量は２
６．１×１．４μｍとなる。

【００７１】本実施形態では、光束のシフトΔｘが生じ
る方向（シフト方向）が画像の垂直方向と等しいが、光
束のシフト方向は画像の水平方向に等しい場合であって
も、斜め方向であっても良い。重要な点は、シフト量が
画素を単位とする大きさを持ち、各サブフレーム画像の
画素が被投影面上において実質的に重なり合うことにあ
る。言いかえると、被投影面上での画像のシフト量は、
被投影面上でシフト方向に沿って測定した画素ピッチの
略整数倍になればよい。

【００７２】光束のシフト方向を画像の例えば水平方向
に等しくする場合、図１０のガラス板を光軸中心に９０
°回転させ、光束のシフトが画像の水平方向に沿って行
われるようにすれば良い。

【００７３】本実施形態では、上記ガラス板２０の回転
を一定の速度で連続的に行うのではなく、古いサブフレ
ーム画像から新しい新しいサブフレーム画像に切り替わ
るブランキング期間に透明領域の切り替えを行えば、1
つのサブフレームが表示されている期間、ガラス板２０
は静止していても良い。また、必ずしも、上記ブランキ
ング期間内に透明領域の切り替えを完了する必要もな
い。

【００７４】図１１は、画像表示パネル８において光を
変調する部分（各画素領域）での電圧印加に対する光透
過率の応答曲線を示している。本実施形態では、各画素
領域は液晶層を電極で挟んだ構造を有しており、液晶の
応答速度は有限であるため、電圧印加を開始した瞬間に
光透過率が最大値に達することはない。すなわち、光透
過率が最大レベルに達し、暗状態から明状態への変化が
完成するのは、電圧印加開始から遅れている。また、電
圧印加の停止時点から光透過率が最小値（ゼロ）に至る
までの間にも時間的な遅れが生じている。

【００７５】本実施形態では、図８（ｂ）に示すように
サブフレーム期間毎に異なるサブフレーム画像を画像表
示パネル上に表示する必要がある。もしも、サブフレー
ム画像の表示の切り替えに無視できない時間を要する
と、各サブフレーム期間の最初の部分ではサブフレーム
画像の明るさが不充分となる一方、サブフレーム期間
（電圧印加期間）が終了した後も、しばらくは当該サブ
フレーム画像が不必要に表示されてしまう。そのため、
サブフレーム画像がシフトしても、画像表示パネルの応
答速度の遅さに起因して前のサブフレームの画像が表示
されていたり、次のサブフレームの画像に重なってわず
かに前のサブフレームの画像が表示されたりする。その
ような場合、合成されたフレーム画像には輪郭等に滲み
やゴースト（２重写り）が発生してしまう。

【００７６】図１２を参照しながら、上記の滲みやゴー
ストが発生する理由を説明する。図１２は、第ｎ番目
（ｎは正の整数）のフレーム画像を構成するサブフレー
ム画像の特定の画素列と、第ｎ＋１番目のフレーム画像
を構成するサブフレーム画像の対応する画素列とを模式
的に示している。各画素列が上下しているのは、画像シ
フト素子によってサブフレーム画像の光路が上下にシフ
トしているためである。図１２においては、画像表示パ
ネルの応答の遅れに起因して、明状態から暗状態に移行
する時期の遅れた画素が示されている。例えば、第ｎ番
目のフレーム画像を構成する最初のサブフレーム画像に
おいて、明状態にある「Ｂ」画素は、次のサブフレーム
では下方に１画素分だけシフトしているが、まだ、完全
に暗状態に変化していない。更に次のサブフレームでは
更に下方に１画素分だけシフトし、完全に暗状態に変化
しているが、このサブフレームでは、その上の「Ｇ」画
素がやや明状態を維持している。このような応答の遅れ
が存在すると、図１２の白表示の画素（「Ｗ」画素）に
隣接した画素、および１画素おいて離れた画素に色づき
が生じてしまう。

【００７７】このような画像表示パネルの応答遅れに起
因する色滲みやゴーストの発生を防止するには、画像表
示パネルにおいてサブフレーム画像の切り替えが行われ
るとき、応答遅れが生じている画素領域で変調された光
が被投影面に投影されないようにすれば良い。そのため
には、応答遅れが生じている期間だけ、例えば液晶シャ
ッターやメカニカルシャッターなどの遮光装置を用いて
光路（光源から被投影面までの光路）の一部を一時的に
遮断するか、あるいは光源を一時的に消燈または減燈す
れば良い。

【００７８】画像表示パネルの応答が遅れている期間だ
けではなく、画像表示パネルの表示タイミングと画像シ
フトのタイミングとがずれている期間においても、同様
の問題が生じる。そのため、このようなタイミングのず
れが生じている期間、または、タイミングのズレが生じ
る可能性のある期間は、光路を遮断すれば良い。

【００７９】なお、上記のような遮光装置を特別に使用
する代わりに、図９の画像シフト素子を改良して画像シ
フト素子自身に「遮光機能」を付与してもよい。例えば
図１３に示すように、ガラス板２０のうち画像表示パネ
ルの応答遅れ期間やタイミングのズレが生じる期間に光
束を横切る部分に遮光領域２１を配置すれば、図１２の
色滲みやゴーストの発生を抑制し、より高品位の画像を
得ることができる。扇型遮光領域２１の中心角は、画像
表示パネルの応答遅れの大きさ等に応じて決定される。
遮光領域２１がガラス板２０の全体に占める割合が小さ
いほど、被投影面で表示される画像は明るくなる。

【００８０】画像表示パネルの応答が始まってから終了
するまでの期間に対する、画像シフトを開始してから次
の画像シフトを開始するまでの期間の時間軸上における
関係、すなわち、画像シフト期間のタイミングは、例え
ば図１１に示すように調節されることが好ましい。すな
わち、画像表示パネルの各画素領域が充分な明るさを示
している期間に同期させて、画像のシフトを行うことが
好ましい。

【００８１】本実施形態では、画像表示パネルとしてＴ
Ｎ（ツイステッドネマティック）モードの液晶表示パ
ネルを使用しているが、本発明はこれに限定されず、そ
の他の様々なモードの液晶表示パネルを使用しても良
い。より高速で応答することができる表示パネルを採用
すれば、画像シフト素子に設ける遮光領域の面積割合を
小さくすることができるので、より明るい高品位画像を
得ることが可能になる。

【００８２】本実施形態の投影型画像表示装置によれ
ば、各フレーム期間に３つのサブフレーム画像を生成
し、それらの画像を光学的にシフトさせながら合成する
ため、従来のカラーフィルタを用いた単板式投影型画像
表示装置と比較して光利用率が大幅に向上し、しかも、
３倍の解像度を実現できる。

【００８３】なお、本実施形態では、画像表示パネルと
して透過型の表示パネルを用いているが、図１４に示す
ような反射型の液晶表示パネルを用いてもよい。図１４
に示す反射型液晶表示パネルは、例えば特開平９−１８
９８０９号公報に開示されている。このような反射型の
画像表示パネルを用いる場合、光源からの白色光をダイ
クロイックミラーで分光する必要が無く、表示パネル上
の透過型ホログラムが白色光をＲ、Ｇ、およびＢ光に回
折・分光し、対応する画素領域の反射電極（画素電極）
に集光する。画素電極で反射された光は偏光成分の変化
量に応じてホログラムを透過する。このような透過型ホ
ログラムは、Ｒ用ホログラフィ・レンズアレイ層、Ｇ用
ホログラフィ・レンズアレイ層、およびＢ用ホログラフ
ィ・レンズアレイ層を積層することによって作製され
る。

【００８４】なお、反射型の場合、反射電極の裏面側
（下方）にトランジスタ領域を設けることができるの
で、サブフレーム画像の切り替えを画面一括で行う本発
明の投影型画像表示装置にとって好適である。

【００８５】このように本発明では、画像表示パネルの
各画素領域には常に同じ色の情報が表示されるが、選択
されたサブフレーム画像をシフトさせて投影させること
により、各画素領域がサブフレーム毎に異なる位置（画
素）の情報を表示することができ、その結果として高い
解像度が実現する。

【００８６】（実施形態２）次に、本発明の第２の実施
形態を説明する。

【００８７】本実施形態の投影型画像表示装置も、基本
的に第1の実施形態と同様の構成を有しており、主な相
違点は、サブフレーム画像のシフト方法にある。従っ
て、以下においては、この相違点のみを説明する。

【００８８】実施形態１の場合は、図１２に示すように
第ｎ＋１番目（ｎは正の整数）のフレーム画像を構成す
るサブフレーム画像をシフトさせる方向は、第ｎ番目の
フレーム画像を構成するサブフレーム画像をシフトさせ
る方向と同一であるが、本実施形態では、図１５に示す
ように第ｎ＋１番目のフレーム画像を構成するサブフレ
ーム画像をシフトさせる方向は、第ｎ番目のフレーム画
像を構成するサブフレーム画像をシフトさせる方向と反
対である。すなわち、第ｎ番目フレームでは、サブフレ
ーム画像を下方向にシフトさせ、第ｎ＋１番目フレーム
では、サブフレーム画像を上方向にシフトさせる。しか
も、本実施形態では、第ｎ＋１番目フレームの最初のサ
ブフレーム画像と、第ｎ番目フレームの最後のサブフレ
ーム画像とが被投影面の同一位置に投影される。

【００８９】また、本実施形態では、画像シフトの１周
期が２フレーム期間に等しくなっており、しかも、その
２フレーム期間内に画像シフトは４回しか生じていな
い。このため、画像表示パネルの応答遅れや画像シフト
のタイミングのズレに起因して生じ得る画質劣化を低減
することができる。また、隣接画素以外に色づく画素が
なくなり、色づく画素の発生するサブフィールドも実施
形態１の場合に比較して３分の２に減少し、ゴーストが
発生することもなくなるこのように、フレームの切替え時にサブフレーム画像を
シフトさせないようにするためには、各フレーム内の最
後のサブフレームと次のフレームにおける最初のサブフ
レームとで、画像シフト素子による光束への作用を同一
条件にするか、画像シフト素子の動きを停止すればよ
い。

【００９０】このような画像シフトを行うための画像シ
フト素子の一例を図１６に示す。この画像シフト素子
は、透明領域Ａ〜Ｆを有するガラス板２２を備えてい
る。透明領域ＥおよびＦは、屈折率１．４９のＦＫ５ガ
ラスから形成され、透明領域ＡおよびＤは屈折率１．５
７のＢａＫ４ガラスから形成され、透明領域ＢおよびＣ
は屈折率１．６４のＳＦ２ガラスから形成されている。
各透明領域の厚さは、いずれも２．０ｍｍである。

【００９１】このような構成の円盤状ガラス板２２を主
面が光軸に対して６５度の角度をなすようにする。そし
て、各透明領域が光路を横切るタイミングを、それに対
応するサブフレームに切り替わるタイミングと同期させ
てガラス板２２を回転する。こうすることにより、透明
領域ＥおよびＦに対して、透明領域ＡおよびＤでは３
４．０μｍだけ光路がシフトし、透明領域ＡおよびＤに
対して透明領域ＢおよびＣでは２６．６μｍだけ光路が
シフトする。

【００９２】透明領域Ｆが例えば図１５に示す第ｎフレ
ームの最初のサブフレームに対応しているとする。この
場合、透明領域Ａは第ｎフレームの次のサブフレームに
対応し、透明領域Ｂは、第ｎフレームの最後のサブフレ
ームに対応する。そして、透明領域Ｃは第ｎ＋１フレー
ムの最初のサブフレームに対応し、透明領域Ｄは第ｎ＋
１フレームの次のサブフレームに対応し、透明領域Ｅは
第ｎ＋１フレームの最後のサブフレームに対応する。

【００９３】透明領域Ｂと透明領域Ｃとは同一の屈折率
および厚さを持つため、光路のシフト量も同一であり、
図１５に示すように、対応する２つのサブフレーム画像
の間ではシフトが生じない。同様のことが透明領域Ｅと
透明領域Ｆとの間においても生じる。

【００９４】ここでは透明領域ＢおよびＣ、更には透明
領域ＥおよびＦについて、説明の都合上、それぞれを２
つの領域に区分している（図１６では破線で区分してい
る）が、実際には、それぞれを１枚の連続した部材から
構成することができる。したがって、図１６の円盤状ガ
ラス板２２は４つの扇形透明部材を組み合わせて作製さ
れ得る。

【００９５】本実施形態においても画像表示パネルの応
答遅れなどに起因して、画像シフトとサブフレーム切り
替えとの間にタイミングのずれが発生し得る。そのた
め、図１７に示すように、ガラス板２２の適切な部分に
遮光領域２１を設けることが好ましい。図１７では、画
像シフトを行うべき2つの領域の境界（透明領域Ａおよ
びＤの各々の両側）に遮光領域２１を設ければ良い。

【００９６】本実施形態でも、画像表示パネルとしてＴ
Ｎモードの液晶表示パネルを使用しているが、その他の
様々なモードの液晶表示パネルを使用しても良い。より
高速で応答することができる表示パネルを採用すれば、
画像シフト素子に設ける遮光領域の面積割合を小さくす
ることができるので、より明るく高品位な画像を得るこ
とが可能になる。また、本実施形態では画像表示パネル
として透過型の表示パネルを用いているが、例えば図１
４に示すような反射型の液晶表示パネルを用いてもよ
い。

【００９７】本実施形態の投影型画像表示装置によって
も、カラーフィルタ無しの画像表示パネルを用いて各フ
レーム期間に３つのサブフレーム画像を生成し、それら
の画像を光学的にシフトさせながら合成するため、従来
のカラーフィルタを用いた単板式投影型画像表示装置と
比較して光利用率が大幅に向上し、しかも、３倍の解像
度を実現できる。

【００９８】また、フレーム切り替え時にサブフレーム
画像がシフトしないため、前述した画像表示パネルの応
答遅れ等に起因する色滲みやゴーストを大幅に低減する
ことができる。

【００９９】（実施形態３）次に、本発明の第３の実施
形態を説明する。

【０１００】本実施形態の投影型画像表示装置も、基本
的には第1の実施形態と同様の構成を有しており、主な
相違点は、サブフレーム画像の構成およびシフト方法に
ある。以下、この相違点を説明する。

【０１０１】本実施形態では、図１８に示すように、各
フレーム画像を構成するサブフレーム画像の数は２つで
あり、各サブフレーム画像は被投影面上の異なる２つの
位置に順次表示される。そして、各フレームにおいて、
第1番目のサブフレーム画像における或る1つの画素と、
その近傍に投影される第２番目のサブフレーム画像にお
ける２つの画素との合計３つの画素によって、被投影面
上の1つの画素を構成するようにしている。被投影面上
の上記1つの画素に隣接する他の1つの画素については、
これとは逆に、第１番目のサブフレーム画像における２
つの画素と、第２番目のサブフレーム画像における１つ
画素とを合成している。こうすることにより、被投影面
中に形成される画像の解像度は幾分低下するが、各フレ
ームを２つのサブフレームで構成できるため、画像表示
パネルを高速で駆動する必要がなくなり、応答遅れに起
因する色滲みも低減される。

【０１０２】本実施形態では、被投影面上の２つの異な
る位置にサブフレーム画像を表示させるように構成され
た画像シフト素子を用いる。この画像シフト素子は、例
えば、屈折率および厚さの少なくとも一方が異なる２種
類の透明領域を有するガラス板から構成される。

【０１０３】本実施形態でも、画像表示パネルとしてＴ
Ｎモードの液晶表示パネルを使用しているが、その他の
様々なモードの液晶表示パネルを使用しても良い。より
高速で応答することができる表示パネルを採用すれば、
画像シフト素子に設ける遮光領域の面積割合を小さくす
ることができるので、より明るく高品位な画像を得るこ
とが可能になる。また、本実施形態では画像表示パネル
として透過型の表示パネルを用いているが、例えば図１
４に示すような反射型の液晶表示パネルを用いてもよ
い。

【０１０４】本実施形態の投影型画像表示装置によれ
ば、カラーフィルタ無しの画像表示パネルを用いて各フ
レーム期間に２つのサブフレーム画像を生成し、それら
の画像を光学的にシフトさせながら合成するため、従来
のカラーフィルタを用いた単板式投影型画像表示装置と
比較して光利用率が大幅に向上し、しかも、より高い解
像度を実現できる。

【０１０５】（実施形態４）次に、本発明の第４の実施
形態を説明する。

【０１０６】本実施形態の投影型画像表示装置も、基本
的に第1の実施形態と同様の構成を有しており、主な相
違点はサブフレーム画像の構成およびシフト方法にあ
る。以下、この相違点を説明する。

【０１０７】本実施形態では、図１９に示すように、各
フレーム画像を構成するサブフレーム画像の数は２つで
あり、各サブフレーム画像は被投影面上の異なる３つの
位置に順次表示される。各フレームが２つのサブフレー
ムで構成できるため、画像表示パネルを高速で駆動する
必要がなくなり、応答遅れに起因する色滲みも低減され
る。

【０１０８】本実施形態によれば、図１９に示すよう
に、各フレーム画像を構成するサブフレーム画像の数は
２つであるが、各サブフレーム画像は被投影面上の異な
る３つの位置に順次表示されるため、画像シフトの周期
はフレーム期間の１．５倍となる。その結果、被投影面
上の各画素においてＲ、Ｇ、およびＢの画素情報が重畳
されるために、実施形態３の場合よりも高い解像度の画
像を得ることができる。

【０１０９】本実施形態では、２つのサブフレーム画像
が、それぞれ、映像信号の原画フレームを構成するサブ
フレームに対応しているが、映像信号の原画フレームを
構成するサブフレームと各表示サブフレームの表示タイ
ミングを正確に一致させる必要はない。映像信号の原画
フレームを構成する最後のサブフレームの表示が終わっ
ていないのに、次のサブフレームの表示タイミングにな
れば、残った原画フレームの映像信号を破棄して、新た
な原画フレームを構成する最初のサブフレームを表示し
てゆけばよい。通常の映像では、フレーム間またはサブ
フレーム間で、画像情報に大きな変化は生じないため、
表示するフレームの周波数と原画フレームの周波数との
間に差異が存在しても違和感なく表示を行うことが可能
である。したがって、本実施形態によれば、表示品質を
大きく損なうことなく、装置構成を簡素化できる。

【０１１０】なお、第３実施形態と異なり、本実施形態
の画像シフト素子は被投影面上の３つの異なる位置にサ
ブフレーム画像を表示するため、実施形態１で用いた画
像シフト素子をそのまま用い、その回転速度を３分の２
に低減すれば良い。

【０１１１】本実施形態でも、画像表示パネルとしてＴ
Ｎモードの液晶表示パネルを使用しているが、その他の
様々なモードの液晶表示パネルを使用しても良い。より
高速で応答することができる表示パネルを採用すれば、
画像シフト素子に設ける遮光領域の面積割合を小さくす
ることができるので、より明るく高品位な画像を得るこ
とが可能になる。また、本実施形態では画像表示パネル
として透過型の表示パネルを用いているが、例えば図１
４に示すような反射型の液晶表示パネルを用いてもよ
い。

【０１１２】本実施形態の投影型画像表示装置によれ
ば、カラーフィルタを用いない画像表示パネルを用いて
各フレーム期間に２つのサブフレーム画像を生成し、そ
れらの画像を光学的にシフトさせながら合成するため、
従来のカラーフィルタを用いた単板式投影型画像表示装
置と比較して光利用率が大幅に向上し、しかも、より高
い解像度を実現できる。

【０１１３】（実施形態５）次に、本発明の第５の実施
形態を説明する。

【０１１４】本実施形態の投影型画像表示装置も、基本
的には第1の実施形態と同様の構成を有しており、主な
相違点は、サブフレーム画像の構成およびシフト方法に
ある。以下、この相違点を説明する。

【０１１５】本実施形態では、各フレーム画像を構成す
るサブフレーム画像の数は４つであり、各サブフレーム
画像は被投影面上の異なる３つの位置に順次表示され、
各フレーム画像を構成する４つのサブフレーム画像のう
ち２つのサブフレーム画像は、被投影面上の同一位置に
表示される。すなわち、本実施形態のサブフレームは、
実施形態１と同様に生成したサブフレームのデータのう
ち、各フレーム内での２番目のサブフレームを最後にも
う一度表示し、合計４つのサブフレームから各フレーム
画像を構成している。

【０１１６】以下、図２０を参照しながら、この点をよ
り詳細に説明する。

【０１１７】本実施形態における画像シフトは概ね１画
素ピッチで行い、各フレーム内での第２番目および第４
番目のサブフレーム画像を基準にして第１番目および第
３番目のサブフレーム画像をそれぞれ上方向および下方
向にシフトさせている。すなわち、各フレームが４つの
サブフレームから構成され、４回の画像シフトによって
１周期のシフトを行っている。

【０１１８】本実施形態では、フレーム単位を周期とし
て画像の往復運動を行うため、常に１画素単位で３つの
異なる位置へ画像をシフトさせることが可能となる。そ
して、フレーム内においても、またフレーム間でも、１
画素単位で常に画像のシフトを行うことができるため、
図２０に示すようにゴーストの発生を防止できる。

【０１１９】さらに図２１に示すように第４番目の表示
サブフレームを黒表示とすれば、各フレーム内での各色
の表示回数が等しくなるため、画素間の色バランスが良
くなる。

【０１２０】各フレームを５つ以上のサブフレーム画像
から構成するようにしても良い。その場合は、各色の表
示回数が各フレーム内で同じになるように、黒表示を行
う複数のサブフレーム画像を各フレーム内に分散させる
ことが好ましい。

【０１２１】このように黒表示となるサブフレーム画像
を各フレーム内に挿入する代わりに、被投影面上の同一
位置に表示される２つのサブフレーム画像が、輝度の低
減されたサブフレーム画像から構成されるようにしても
よい。具体的には、各フレームにおける第２番目および
第４番目のサブフレーム画像の合計光量が第１番目また
は第３番目のサブフレーム画像の光量と等しくなるよう
に、表示画像信号を補正するようにしても良い。そうす
れば、各画素間の色バランスが良くなり、しかも、常に
画素が表示されることになるため、チラツキ感も低減す
る。このような表示画像信号の補正量は、全画素、各フ
レームにおいて、いつも同じ補正であるので、簡単な回
路構成で実現できる。

【０１２２】本実施形態で用いる画像シフト素子は、図
２２に示すように、４つの透明領域を有するガラス板２
３から構成される。透明領域Ａは屈折率１．４９のＦＫ
５ガラスから形成され、透明領域ＢおよびＤは屈折率
１．５７のＢａＫ４ガラスから形成され、透明領域Ｃは
屈折率１．６４のＳＦ２ガラスから形成されている。透
明領域Ａ〜Ｄの厚さは、いずれも２．０ｍｍである。ガ
ラス板２３は、その主面が光軸に対して６５度の角度を
なすようにして光路を横切り、透明領域Ａ〜Ｄの各々が
サブフレーム画像に対応するように回転する。そして、
透明領域ＢおよびＤに対して、透明領域Ａでは光束が上
方に３４．０μｍだけシフトし、透明領域Ｃでは光束が
２６．６μｍだけシフトする。

【０１２３】本実施形態でも、画像表示パネルとしてＴ
Ｎモードの液晶表示パネルを使用しているが、その他の
様々なモードの液晶表示パネルを使用しても良い。より
高速で応答することができる表示パネルを採用すれば、
画像シフト素子に設ける遮光領域の面積割合を小さくす
ることができるので、より明るく高品位な画像を得るこ
とが可能になる。また、本実施形態では画像表示パネル
として透過型の表示パネルを用いているが、例えば図１
４に示すような反射型の液晶表示パネルを用いてもよ
い。

【０１２４】本実施形態の投影型画像表示装置によれ
ば、カラーフィルタ無しの画像表示パネルを用いて各フ
レーム期間に４つのサブフレーム画像を生成し、それら
の画像を光学的にシフトさせながら合成するため、従来
のカラーフィルタを用いた単板式投影型画像表示装置と
比較して光利用率が大幅に向上し、しかも、３倍の解像
度を実現できる。

【０１２５】このように本発明の投影型画像表示装置で
は、各フレーム画像を複数のサブフレーム画像に時分割
し、それらのサブフレーム画像をシフトさせながら重畳
することにより、もとのフレーム画像を合成している。
サブフレーム画像をシフトさせるタイミングは、画像表
示パネルでサブフレーム画像を切り替えるタイミングに
同期させて行うことが好ましい。

【０１２６】サブフレーム画像を切り替える方式には、
大きく分けて２種類ある。第１の方式は「線走査（ライ
ン走査）方式」であり、この方式によれば、画像表示パ
ネルにおいて行列状に配列した複数の画素領域を１行ま
たは数行毎に駆動し、画面の上部から下部に向けて垂直
に新しいサブフレーム画像を表示していく。これに対
し、第２の方式は「面（一括）書き込み方式」であり、
この方式によれば、画像表示パネルにおいて行列状に配
列した複数の画素領域の全てを一括的に駆動し、画面全
体において同時に新しいサブフレーム画像を表示する。

【０１２７】以下においては、「面（一括）書き込み方
式」の実施形態を説明する。

【０１２８】（実施形態６）サブフレーム画像の切替え
が画像表示パネルの全画面内で略同時に行われる本発明
では、サブフレーム画像のシフトも画面全体で同時に行
うことが好ましい。そうすることによって、サブフレー
ム画像の切替えと画像シフトの間にタイミングのずれが
生じにくく、画質の劣化が防止されるからである。

【０１２９】このような画像シフトは、垂直ブランキン
グ期間内に行うことが好ましい。ただし、画像表示パネ
ルの応答の遅れを考慮し、サブフレーム画像の切替え開
始時点よりも遅れたタイミングで画像シフトを実行する
ようにしても良い。

【０１３０】以下、本発明に好適に用いられる画像シフ
ト素子の構成を説明する。

【０１３１】まず、図２３および図２４を参照する。図
示されている画像シフト素子は、画像表示パネルによっ
て変調されたサブフレーム画像の偏光方向を変調する第
１の素子（液晶素子）ｇ１と、光の偏光方向によって屈
折率の異なる第２の素子（水晶板）ｇ２とを有してい
る。この例では、画像表示パネルを出た光が垂直方向に
偏光しているとする。液晶素子ｇ１の液晶層に電圧を印
加していない場合には、図２３に示すように、画像表示
パネルを出た光の偏光面は、光が液晶素子ｇ１を透過す
る過程で回転しない。これに対し、液晶素子ｇ１の液晶
層に適切なレベル電圧を印加している場合は、図２４に
示すように、画像表示パネルを出た光の偏光面は液晶層
によって９０°だけ回転させられる。

【０１３２】水晶板ｇ２は複屈折性を持つため、方位に
よって異なる屈折率を示す。本実施形態では、図２３に
示すように偏光面が垂直な光が水晶板ｇ２に入射する
と、光は水晶板内で異常光軸の傾いた方位に屈折し、光
は垂直方向にシフトする。一方、図２４に示すように、
偏光面が水平な光が水晶板ｇ２に入射すると、偏光面が
水晶板ｇ２の異常光軸と直交するため、光は屈折せず、
光束のシフトも生じない。言いかえると、液晶素子ｇ１
に電圧を印加するか否かによって、水晶板ｇ２に入射す
る光の偏光面を制御し、光束のシフトを調節することが
できる。

【０１３３】ここで、今、水晶板ｇ２の厚さをｔとし、
水晶板ｇ２の異常光および常光の屈折率をそれぞれ、ｎ
_e1およびｎ_o1とする。また、ｎ_e1が入射光の偏光方向に
対して４５°傾斜している場合、光束のシフト量ΔＤ
は、以下の式で表される。

【０１３４】ｔ＝ΔＤ・（２・ｎ_e1・ｎ_o1）／（ｎ_e1 ²−ｎ_o1 ²）この式から、光束のシフト量ΔＤと水晶板ｇ２の厚さｔ
とは比例することがわかる。水晶板ｇ２の厚さｔを調節
することによって、サブフレーム画像のシフト量を任意
の値に設定することができる。

【０１３５】本実施形態の画像シフト素子では、液晶層
を一対の透明電極で挟み込み、それによって適切な電圧
を液晶層の全体に一括的に印加することができるように
している。このため、この画像シフト素子を用いれば、
画面一括書込みモードでも、適切な画像シフトを実現す
ることができる。

【０１３６】（実施形態７）次に、図２５および図２６
を参照する。図示されている素子は、液晶層ｉ５と、こ
の液晶層ｉ５を挟む２枚の透明基板とを有しており、一
方の透明基板の液晶側表面に微小プリズムアレイが形成
されている。より詳細には、本実施形態の画像シフト素
子は、透明電極ｉ１および配向膜ｉ２で表面が覆われた
微小プリズムアレイｉ３が形成された透明基板と、透明
電極ｉ１および配向膜ｉ２で表面が覆われた透明基板と
によってネマチック液晶層ｉ５を挟んだ液晶素子であ
る。液晶層ｉ５はホモジニアス配向させられており、2
つの透明電極ｉ１の間に電圧が印加されると、図２５に
示すように基板と垂直な方向に配向するが、電圧を印加
しない状態では、図２６に示すようにホモジニアスな配
向状態にある。言いかえると、電圧を印加しない場合に
おける液晶層ｉ５の屈折率をｎ_e2、電圧を印加している
場合における液晶層ｉ５の屈折率をｎ_o2とする。本実施
形態では、屈折率がｎ _o2に近い材料から微小プリズムア
レイｉ３を形成する。

【０１３７】電圧を印加していないとき、液晶層と微小
プリズムアレイｉ３との間に屈折率差が生じるため、微
小プリズムアレイｉ３に入射した光束はスネルの法則に
従って屈折する。これに対し、電圧を印加しているとき
は、印加電圧の大きさに応じて液晶層と微小プリズムア
レイｉ３との間の屈折率差が減少する。屈折率差の減少
に伴い、微小プリズムアレイｉ３に入射した光束の屈折
角度も減少する。

【０１３８】微小プリズムの頂角をθ₄とし、微小プリ
ズムアレイｉ３の屈折率をｎ₂とすると、液晶層ｉ５に
電圧を印加してないときの光束の屈折角δは以下の式で
表される。

【０１３９】δ＝（ｎ_e2−ｎ₂）×θ₄ なお、屈折角を大きくするには、屈折率異方性の大きな
液晶層を用いることが好ましい。

【０１４０】上記の素子を２個組み合わせて図２７に示
すように配置すれば、本実施形態の画像シフト素子が形
成される。この画像シフト素子による画像のシフト量Δ
Ｄは、２つの微小プリズムアレイ間の距離をＬとする
と、以下の式で表される。

【０１４１】ΔＤ＝Ｌ・ｔａｎδ 本実施形態では、ガラス板の厚さを０．５ｍｍ、微小プ
リズムアレイ間隔を１．０ｍｍ、微小プリズムの頂角θ
_４を１０°とした上で、Ｍｅｒｃｋ社製の品番ＢＬ−０
０９の液晶材料を用いている。この場合、屈折率ｎ_e2は
１．８２、屈折率ｎ_o2は１．５３であり、シフト量ΔＤ
の範囲は０〜５０．７μｍとなる。すなわち、本実施形
態の画像シフト素子によれば、２画素分程度のシフトが
可能になる。

【０１４２】上記の微小プリズムアレイｉ３に代えて、
所定の格子間隔を持つ回折格子を透明基板上に設けても
良い。入射光の波長に応じて適切な格子間隔を選択すれ
ば、所望の回折角で光を回折させることができる。

【０１４３】なお、画面一括書込み方式の場合でも、画
像表示パネルの応答遅れが生じると、前述の色の滲みや
ゴーストの問題が発生する。故に、液晶シャッタやメカ
ニカルシャッタ等の遮光装置を光路上に配置し、画像表
示パネルにおける応答の遅れが生じている間は、画像表
示パネルから出る光を遮断することが好ましい。

【０１４４】なお、本実施形態の画像シフト素子につい
ても、その電極を複数の部分に分割し、分割された複数
の部分を順次駆動する回路を設ければ、サブフレーム画
像の切り替えを画面で順次行うタイプの画像表示パネル
と組み合わせることが可能になる。この場合、画像の切
り替えが線走査によって行われる場合だけでなく、複数
行または複数列の画素からなるブロック単位で画像の切
替えが行われる場合にも適用可能である。

【０１４５】（実施形態８）次に、図２８を参照しなが
ら、本発明の投影型画像表示装置のシステムの構成例を
説明する。

【０１４６】本システムは、図２８に示されるように、
主に、映像信号処理回路１００、照明光学系（光源な
ど）１０２、画像表示パネル（液晶表示素子）１０４、
画像シフト素子１０６、画像シフト素子制御回路１０
８、および投影レンズ１１０から構成されている。

【０１４７】照明光学系１０２、画像表示パネル１０
４、画像シフト素子１０６、および投影レンズ１１０に
ついては既に説明したので、以下においては、映像信号
処理回路１００および画像シフト素子制御回路１０８を
中心にして各構成要素の関係を説明する。

【０１４８】本実施形態での映像信号処理回路１００
は、入力信号選択回路１２０、映像復調回路１２２、Ｙ
／Ｃ分離回路１２４、スケーリング回路１２６、フレー
ムレート変換回路１２８、フレームメモリ回路１３０、
システム制御回路１３２、および色信号選択回路１３４
から構成されている。

【０１４９】入力信号選択回路１２０は、複数の種類の
映像信号を受け取ることができ、その映像信号の種類に
応じた処理を行う。映像信号には、Ｒ、Ｇ、Ｂに分離さ
れた信号（ＲＧＢ信号）、輝度信号Ｙと色差信号Ｂ−Ｙ
およびＲ−Ｙに分離された信号（Ｙ／Ｃ信号）、色搬送
波を色差信号で変調した色信号Ｃと輝度信号Ｙを周波数
多重化した複合映像信号（コンポジット信号）などがあ
る。

【０１５０】Ｙ／Ｃ信号は、入力信号選択回路１２０を
経て映像復調回路１２２で復調される。また、コンポジ
ット信号は、入力信号選択回路１２０を経てＹ／Ｃ分離
回路１２４で輝度信号Ｙと色信号に分離されてから映像
復調回路１２２に送られ、復調される。映像復調回路１
２２からは、映像信号から復調されたＲＧＢ信号が出力
される。

【０１５１】入力信号選択回路１２０に入力されたＲＧ
Ｂ信号、および映像復調回路１２２から出力されたＲＧ
Ｂ信号は、スケーリング回路１２６に送られる。スケー
リング回路１２６は、種々の入力信号の画素数を画像表
示パネル１０４の画素数に変換する。フレームレート変
換回路１２８は、入力された映像信号のフレームレート
を本システムの動作に適合したフレームレートに変換す
る。

【０１５２】フレームメモリ回路１３０は、Ｒ信号、Ｇ
信号、およびＢ信号の各々を格納する３つのフレームメ
モリから構成されている。各フレームメモリから順次読
み出されたデータは、色信号選択回路１３４によって適
切な順序で選択され、画像表示パネル１０４の駆動回路
部に送出される。画像表示パネル１０４は、色信号選択
回路１３４から出力されたデータに基づいてサブフレー
ム画像を表示する。

【０１５３】システム制御回路１３２は、入力信号選択
回路１２０、フレームメモリ１３０、色信号選択回路１
３４、および画像シフト素子制御回路１０８の動作を制
御する。

【０１５４】画像シフト素子制御回路１０８は、システ
ム制御回路１３２から出力される信号に基づき、サブフ
レーム画像の表示と同期するように画像シフト素子１０
６の動作を制御する。

【０１５５】次に、図２９および図３０を参照しながら
ＲＧＢ信号のフレームメモリからのデータ読出しの手順
を説明する。

【０１５６】フレームメモリへの信号書き込みのレート
（周波数ｆ_in）は入力信号に依存しているが、フレーム
メモリからの信号読み出しのレート（周波数ｆ_out）
は、本システムのクロック周波数によって規定されてい
る。周波数ｆ_inは、例えば６０ヘルツ（Ｈｚ）であり、
周波数ｆ_outは例えば１８０Ｈｚである。

【０１５７】システム制御回路１３２から出力される制
御信号に応答して、Ｒ用フレームメモリ１３０ａからは
Ｒ信号が、Ｇ用フレームメモリ１３０ｂからはＧ信号
が、Ｂ用フレームメモリ１３０ｃからはＢ信号が読み出
される。これらの信号の読出しレートは、上述のように
ｆ_outであり、各フレーム期間に各フレームメモリ１３
０ａ〜１３０ｃからの読み出し動作が繰り返して３回実
行される。

【０１５８】次に図３０を参照する。図示されているタ
イミングチャートは、図６に示す３種類のサブフレーム
画像を形成する場合に対応している。図３０の最上部に
記載されている数字は、原画フレームの走査線番号であ
る。

【０１５９】画像表示パネルに第１サブフレーム画像を
表示するとき、各フレームメモリ１３０ａ〜１３０ｃの
走査線番号１に対応するアドレスに格納されているデー
タが同時に読み出される。このタイミングでスタート信
号が出力されるため、画像表示パネル１０４の線走査が
開始される。各フレームメモリ１３０ａ〜１３０ｃから
読み出されたデータ（Ｒ、Ｇ、およびＢ信号）は図２９
に示す色信号選択回路１３４に送られるが、色信号選択
回路１３４によってＲ信号だけが選択され、画像表示パ
ネル１０４に送出される。色信号選択回路１３４は、
Ｒ、Ｇ、およびＢ選択信号に応じて動作するＲ、Ｇ、お
よびＢスイッチング素子を有しており、論理Ｈｉｇｈの
選択信号を受け取ったスイッチング素子のみが入力信号
を出力部に伝達する。図３０の例では、Ｒ信号のみが選
択され、画像表示パネル１０４の第１行目画素領域（Ｒ
用画素領域）に与えられることになる。

【０１６０】１水平走査期間（１Ｈ期間）の経過後、Ｒ
選択信号が論理Ｌｏｗに変化するとともにＧ選択信号だ
けが論理Ｈｉｇｈに変化する。このため、各フレームメ
モリ１３０ａ〜１３０ｃにおいて原画フレームの走査線
番号2に対応するアドレスに格納されていたデータのう
ち、Ｇ用フレームメモリから読み出されたＧ信号だけが
色信号選択回路１３４を経て画像表示パネル１０４に送
られる。このＧ信号に基づいて、画像表示パネル１０４
の第２行目画素領域（Ｇ用画素領域）の表示が実行され
る。

【０１６１】以下同様の手順によって、第１サブフレー
ム画像のためのデータが順次生成されるが、本発明の場
合、別のフレームメモリ等にデータを一時的に蓄積する
などして、図６の右上に記載しているようなサブフレー
ム画像を画像表示パネルに一括的に表示する。

【０１６２】第２サブフレーム画像を表示する場合は、
図３０に示すように、スタートパルス信号および選択信
号の印加タイミングを１Ｈ期間だけ遅らせる。すなわ
ち、まず、原画フレームの走査線番号２に対応するデー
タのうち、Ｒ用フレームメモリに格納されていたＲ信号
が色信号選択回路１３４によって選択される。そして、
このＲ信号に基づいて画像表示パネル１０４における第
１行目画像領域（Ｒ用画素領域）の表示が行われる。以
降、同様の動作が繰り返され、図６に記載されているよ
うな第2サブフレーム画像が画像表示パネル１０４に表
示されることになる。

【０１６３】第３サブフレーム画像を表示する場合は、
スタートパルス信号および選択信号の印加タイミングを
更に１Ｈ期間だけ遅らせる。その結果、図６に記載して
いるような第3サブフレーム画像を表示することができ
る。

【０１６４】以上のようにスタート信号の印加タイミン
グをサブフレーム毎にずらす代わりに、フレームメモリ
の読出し開始アドレスを走査線番号１〜３に対応する複
数のアドレス間で巡回させてもよい。

【０１６５】また、この例では、Ｒ、Ｇ、およびＢ用画
素領域の各々を走査線に平行となるように配列した場合
について説明しているが、本発明はこのようなシステム
に限定されない。上記の１Ｈ期間をドットクロックの周
期に置きかえると、Ｒ、Ｇ、およびＢ用画素領域の各々
を走査線に直行するように配列したＲＧＢ縦ストライプ
型画像表示パネルを用いた場合のシステム動作に対応す
る。

【０１６６】（実施形態９）以下、２枚の画像表示パネ
ルを備えた投影型画像表示装置の実施形態を説明する。
本実施形態の投影型画像表示装置は、図３１に示すよう
に、光源１と、液晶表示パネル１８と、光源１からの光
を波長域に応じて液晶表示パネル１８の複数の画素領域
のうちの対応する画素領域に集光させる光制御手段と、
液晶表示パネル１８で変調された光を被投影面上に投射
する投影光学系とを備えている。更に、本実施形態の装
置は、もう１枚の液晶表示パネル２８を備えており、光
源１から出た白色光のうち特定波長域の光が液晶表示パ
ネル２８に照射される。

【０１６７】本装置は、ダイクロイックミラー１４〜１
６を備えており、ダイクロイックミラー１４によって選
択的に反射された波長域の光は、ミラー４０で反射され
た後、液晶表示パネル２８に照射される。一方、ダイク
ロイックミラー１５〜１６によって反射された光は、波
長域に応じて異なる角度で液晶表示パネル１８のマイク
ロレンズアレイ１７に入射する。異なる角度でマイクロ
レンズ１７に入射した光は、それぞれ異なる位置の対応
する画素領域に集められる。

【０１６８】第１の液晶表示パネル１８で変調された光
は、フィールドレンズ９ａ、画像シフト素子１０、偏光
ビームスプリッタ４２、および投影レンズ１１を透過し
た後、スクリーン１３上に投射される。これに対し、第
２の液晶表示パネル２８で変調された光は、フィールド
レンズ９ｂ、偏光ビームスプリッタ（またはダイクロイ
ックプリズム）４２、および投影レンズ１１を透過した
後、スクリーン１３上に投射される。

【０１６９】本実施形態では、他の実施形態について説
明した方法と同様の方法により、第１の画像表示パネル
１８で変調された光を画像シフト素子１０によってシフ
トさせる。第１の画像表示パネル１８では、例えばＲお
よびＢ色から構成された２つのサブフレーム画像が表示
され、サブフレーム画像間のシフト量はシフト方向に沿
って測定した画素ピッチに略等しく設定される。各サブ
フレーム画像のデータは、図４（ｂ）および（ｄ）に示
されるＲ画像フレームおよびＢ画像フレームのデータ
（ＲおよびＢ信号）を組み合わせることによって作成さ
れる。

【０１７０】これに対し、第２の画像表示パネル２８
は、例えばＧ色のみから構成された画像を表示する。こ
の画像は、図４（ｃ）に示すようなパターンを有し、フ
レーム画像の全ての画素に関するＧ色のデータを反映し
ている。

【０１７１】第２の画像表示パネル２８では、サブフレ
ームに分割して画像を表示する必要がないため、被投影
面を照らすＲ、Ｇ、およびＢ色光のバランスを適切なも
のするには、例えば第１の画像表示パネル１８と第２の
画像表示パネル２８との間で輝度を補償するか、または
表示期間を補償することなどが必要になる。例えば、第
２の画像表示パネル２８から出てスクリーン上に投影さ
れる画像の表示期間は、１フレーム期間の約２分の１に
限定されていてもよいし、その代わりに輝度が低減され
ていてもよい。

【０１７２】本実施形態によれば、第1の画像表示パネ
ル１８においてＲ、Ｇ、およびＢ色のうちの２色のみを
表示する。残りの色については第２の画像表示パネル２
８で表示する。第１の画像表示パネル１８では、各マイ
クロレンズが入射光を２色に分離して対応する画素領域
に集光する。従って、マイクロレンズ１７のピッチおよ
び焦点距離は、単板式マイクロレンズ７のピッチおよび
焦点距離に比べて３分の２にすることができる。

【０１７３】以上、液晶表示素子（ＬＣＤ）を画像表示
パネルとして用いる投影型画像表示装置について本発明
の各種実施形態を説明してきたが、本発明はこれに限定
されない。本発明は液晶表示素子以外の表示素子、例え
ばＤＭＤ（ディジタル・マイクロミラー・デバイス）等
を画像表示パネルに用いる投影型画像表示装置にも適用
可能である。

【０１７４】また、本発明は直視型の画像表示装置にも
適用可能である。この場合、カラーフィルタによってフ
ルーカラー表示を行うタイプの画像表示パネルを用いて
もよい。結像のための光学系を用いない通常の直視型の
場合、スクリーンなどの被投影面は不要であるが、接眼
レンズを介して画像を見る直視型の場合は、目の網膜が
画像の被投影面として機能する。

【０１７５】更に、本発明は、光源を別に必要としない
自発光型の画像表示素子を画像表示パネルとして用いる
直視型または投影型の画像表示装置に適用することも可
能である。

【０１７６】また、画像シフト素子の実施形態として
は、光路を周期的に変化させる素子の例を説明してきた
が、光源または光学系の少なくとも一部を運動させ、そ
れによって光路を変化させるものであってもよい。例え
ば、図１に示している投影レンズ１１を振動させても、
画像シフトは可能である。

【０１７７】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の投影
型画像表示装置では、光源からの光を例えばＲ、Ｇ、お
よびＢの三原色の光束に分割し、それぞれの色の光束を
画像表示パネルの対応する画素領域に入射させることに
よって各画素領域でＲ、Ｇ、およびＢの変調を行う。そ
して、画像表示パネルからの出射光の光路を時分割で順
次切り替えながら、それに対応させて表示画像を順次切
り替えることによって、光の利用率を高めながら、高解
像度のカラー画像表示を実現することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投影型画像表示装置の模式図である。

【図２】液晶表示パネルの断面模式図である。

【図３】ダイクロイックミラーの分光特性である。

【図４】原画像フレームから色別画像フレームを生成す
る方法を説明するための図である。

【図５】従来のカラー表示と本発明のカラー表示との間
にある原理上の差異を説明するための図である。

【図６】色別画像フレームのデータから３つのサブフレ
ームデータを生成する方法を説明するための図である。

【図７】サブフレーム画像のシフト（画像シフト）の態
様を示す図である。

【図８】複数のサブフレーム画像の合成を示す図であ
る。

【図９】画像シフト素子を構成する回転板の正面図であ
る。

【図１０】画像シフト素子を構成する回転板の断面図で
ある。

【図１１】液晶表示パネルの応答曲線を示すグラフであ
る。

【図１２】サブフレーム画像のシフトの他の態様を示す
図である。

【図１３】図９の画像シフト素子を構成する回転板の改
良例の正面図である。

【図１４】反射型液晶表示パネルの断面図である。

【図１５】画像シフトの更に他の態様を示す図である。

【図１６】画像シフト素子を構成する更に他の回転板の
正面図である。

【図１７】画像シフト素子を構成する更に他の回転板の
正面図である。

【図１８】画像シフトの更に他の態様を示す図である。

【図１９】画像シフトの更に他の態様を示す図である。

【図２０】画像シフトの更に他の態様を示す図である。

【図２１】画像シフトの更に他の態様を示す図である。

【図２２】画像シフト素子を構成する更に他の回転板の
正面図である。

【図２３】画像シフト素子の斜視図である。

【図２４】画像シフト素子の斜視図である。

【図２５】画像シフト素子の斜視図である。

【図２６】画像シフト素子の斜視図である。

【図２７】画像シフト素子の断面図である。

【図２８】本発明による投影型画像表示装置のシステム
構成例を示すブロック図である。

【図２９】サブフレーム画像を生成するための回路構成
を模式的に示す図である。

【図３０】サブフレーム画像を生成する手順を示すタイ
ミングチャートである。

【図３１】２枚の画像表示パネルを用いる投影型画像表
示装置の実施形態を示す構成図である。

【図３２】従来のフィールド順次式投影型画像表示装置
を示す図である。

【符号の説明】

１光源２球面鏡３コンデンサーレンズ４、５、６ダイクロイックミラー７、１７マイクロレンズアレイ８、１８、２８画像表示パネル（液晶表示パネル）９フィールドレンズ１０画像シフト素子１１投影レンズ１２、１２ａ、１２ｂ光束１３被投影面４０ミラー１００映像信号処理回路１０２照明光学系（光源など）１０４画像表示パネル（液晶表示素子）１０６画像シフト素子１０８画像シフト素子制御回路１１０投影レンズ１２０入力信号選択回路１２２映像復調回路１２４Ｙ／Ｃ分離回路１２６スケーリング回路１２８フレームレート変換回路１３０フレームメモリ回路１３２色信号選択回路１３４システム制御回路ｇ１第１の素子（液晶素子）ｇ２第２の素子（水晶板）

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｅ５Ｃ０６０ 21/14 21/14 Ｚ５Ｃ０８０Ｇ０９Ｆ 9/00 ３６０Ｇ０９Ｆ 9/00 ３６０Ｚ５Ｇ４３５Ｇ０９Ｇ 3/20 ６４１Ｇ０９Ｇ 3/20 ６４１Ｅ６４２６４２Ｌ６４２Ｄ６８０６８０Ｃ 3/34 3/34 Ｊ 3/36 3/36 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 ＡＢ 9/30 9/30 (72)発明者浜田浩大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内Ｆターム(参考） 2H088 EA13 EA15 HA06 HA13 HA25 MA03 MA06 2H091 FA05Z FA26X FA26Z FA29Z FA41Z LA16 MA07 2H093 NA16 NA43 NA64 NC29 NC34 ND08 ND20 NG02 5C006 AA01 AA14 AA22 AB01 AF06 AF44 AF85 BB11 BB29 BF02 BF24 EA01 EC11 FA54 FA56 5C058 AA06 BA05 BA25 BB13 BB25 EA11 EA26 5C060 BA04 BC01 BE05 BE10 DA04 GB01 GB06 HB00 HB21 HB26 HC00 HC10 HC16 HC21 JA00 5C080 AA10 BB05 CC03 CC06 DD03 EE30 GG07 GG08 JJ02 JJ05 JJ06 KK52 5G435 AA03 AA04 BB12 BB17 CC12 DD02 DD04 FF03 GG02 GG04 GG08 GG28 GG46

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、各々が光を変調することができる複数の画素領域を有す
る画像表示パネルと、前記光源からの光を波長域に応じて前記複数の画素領域
のうちの対応する画素領域に集光させる光制御手段と、前記画像表示パネルで変調された光によって被投影面上
に画像を形成する光学系と、を備えた投影型画像表示装置であって、前記画像を構成する各フレーム画像のデータから複数の
サブフレーム画像のデータを生成し、前記画像表示パネ
ルによって前記複数のサブフレーム画像を時分割で表示
させる回路と、前記画像表示パネルによって表示される前記複数のサブ
フレーム画像のうち選択されたサブフレーム画像を前記
被投影面上でシフトさせる画像シフト素子と、を備え、前記サブフレームの表示の切り替えは前記画像表示パネ
ルの面書き込みによって行い、しかも、前記画像シフト
素子によるシフト動作を前記切り替えに同期させて実行
することにより、前記画像表示パネルの異なる画素領域
で変調された異なる波長域に属する光で前記被投影面上
の同一領域を順次照射する投影型画像表示装置。
【請求項２】前記画像シフト素子は、前記画像表示パネルによって変調された光の経路をシフ
トさせる少なくとも１つの光学装置を有しており、前記光学装置は、光の偏光方向を変調する第１の素子
と、光の偏光方向によって屈折率の異なる第２の素子と
を有している請求項１に記載の投影型画像表示装置。
【請求項３】前記画像シフト素子は、前記画像表示パネルによって変調された光の経路をシフ
トさせる少なくとも１つの光学装置を有しており、前記光学装置は、偏光光に対して２以上の異なる屈折率を示す液晶層と、前記液晶層を挟む２枚の基板とを有しており前記２枚の基板のいずれか一方の基板の液晶側表面に
は、前記２以上の屈折率のうちの少なくとも１つの屈折
率と実質的に等しい屈折率を持つ材料から形成された微
小プリズムまたは回折格子が形成されている請求項１に
記載の投影型画像表示装置。
【請求項４】前記画像シフト素子は、前記画像表示パネルによって変調された光の経路をシフ
トさせる少なくとも１つの光学装置を有しており、前記光学装置は、異なる表面状態にある複数の透明領域
を持つ少なくとも１つの透明板を有しており、前記複数
の透明領域には傾斜角の異なる微小プリズム、または格
子間隔の異なる回折格子が形成されている請求項１に記
載の投影型画像表示装置。
【請求項５】前記サブフレームの表示の切り替えに際
して、前記画像表示パネルからの光を遮断する遮光装置
を有している請求項１から４のいずれかに記載の投影型
画像表示装置。
【請求項６】前記被投影面上における前記サブフレー
ムのシフト量は、前記被投影面上において前記シフトの
方向に沿って測定した画素ピッチの略整数倍である請求
項１から５のいずれかに記載の投影型画像表示装置。