JP2002250970A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 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画素ずれを少なくするとと
もに、動作音を少くする。 【構成】 画像表示装置は、ＬＥＤからなる照明光源
１、拡散板２、コンデンサレンズ３、画像表示素子とし
ての透過型液晶パネル４、投射レンズ５、スクリーン
６、液晶パネルのドライブ部１０等を備え、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でスクリー
ン６に投射される。液晶パネル４は、圧電アクチュエー
タからなる駆動手段８によって上下方向に液晶パネル４
の画素ピッチの１／２を移動する。これにより、１フィ
ールドが２つのサブフィールドに分割され、液晶パネル
４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。

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、さらに詳しくは、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等の電子ディスプレイ装置
を応用分野とし、画像表示素子の光学的な位置を揺動さ
せて実画素数を増倍させるとともに画素シフト動作時の
動作音を低減するようにした画像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】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、例えば特開平５−３１３
１１６号公報、特開平６−３２４３２０号公報、特開平
６−８２６０８号公報等が知られている。また、特願２
０００−１６８４７６号の発明も知られている。

【０００３】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。

【０００４】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
ド毎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。

【０００５】特開平６−８２６０８号公報（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）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、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、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。

【０００６】特願２０００−１６８４７６号（画像表示
装置）の発明では、画像表示素子を正確に動揺させ、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で
きる画像表示装置を提供する。本発明の画像表示装置
は、画像情報に従って光を制御可能な複数の画素が第１
の方向及び第１の方向と直交する第２の方向にそれぞれ
所定のピッチで配列した２次元の画像表示素子と、該画
像表示素子に駆動信号を入力する電気配線とを有し、駆
動手段により、前記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、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
素子を含む可動部と駆動手段を配置する。可動部の水平
方向への移動を防止するため、垂直方向へのガイド手段
を有する。

【０００７】

【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。

【０００８】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。

【０００９】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。

【００１０】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、偏向させるかにより光路
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。

【００１１】そこで、特開平５−３１３１１６号公報で
は、画像表示用素子自体を画素ピッチよりも小さい距離
だけ高速に揺動させる画素シフト方式が記載されてい
る。この方式では、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。さらに、数ｃｍ角サイズの画
像表示素子を数十〜数百ヘルツの周波数で揺動させるた
め、振動や衝撃による可聴音の発生も大きな問題とな
る。

【００１２】（発明の目的）本発明は、前記従来技術の
問題点に鑑みてなされたものであって、各請求項の発明
の目的は次のとおりである。請求項１の発明は、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
を得ることができる画像表示装置を提供すること目的と
する。

【００１３】請求項２の発明は、画素表示素子のシフト
動作時の衝撃を低減させ、動作音の小さな画像表示装置
を提供すること目的とする。

【００１４】請求項３の発明は、簡単な構成で画素表示
素子のシフト動作時の衝撃を低減させ、動作音の小さな
画像表示装置を提供すること目的とする。

【００１５】請求項４の発明は、確実に画素表示素子の
シフト動作の衝撃を低減させ、動作音の小さな画像表示
装置を提供すること目的とする。

【００１６】請求項５の発明は、画像表示素子のシフト
動作を滑らかにして衝撃を効果的に低減させ、動作音の
小さな画像表示装置を提供すること目的とする。

【００１７】請求項６の発明は、簡単な構成で画素表示
素子のシフト動作により発生した音が装置外部に伝わる
ことを防止し、動作音の小さな画像表示装置を提供する
こと目的とする。

【００１８】請求項７の発明は、比較的簡単な構成で画
素表示素子のシフト動作により発生した音を消音し、動
作音の小さな画像表示装置を提供すること目的とする。

【００１９】請求項８の発明は、画素表示素子のシフト
動作により発生した音を消音し、経時的変化や環境変化
に対しても確実に動作音の小さな画像表示装置を提供す
ること目的とする。

【００２０】

【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所定のピッチ
で配列した二次元の画像表示素子と、該画像表示素子を
観察するための光学素子と、前記画像表示素子を含む可
動部を前記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、前記画像情報に基づく画像フ
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
応して前記駆動手段を制御する制御手段を有し、前記画
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、前記駆動手段は、伸縮変位が可能な圧電アク
チュエータと該圧電アクチュエータを駆動する駆動電源
から成ることを特徴とする。

【００２１】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記圧電アクチュエータに伸縮変位を与える前記駆
動電源からの駆動電圧波形は、台形状のパルス電圧波形
であることを特徴とする。

【００２２】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、前記圧電アクチュエータと前記駆動電源の間に直列
抵抗を接続したことを特徴とする。

【００２３】請求項４の発明は、請求項１の発明におい
て、前記圧電アクチュエータに伸縮変位を与える前記駆
動電源からの駆動電圧波形は、前記圧電アクチュエータ
の伸長開始時には徐々に電圧値が増加し始め、伸長終了
時には徐々に電圧値が最大値となり飽和し、また前記圧
電アクチュエータの収縮開始時には徐々に電圧値が減少
し始め、収縮終了時には徐々に電圧値が最小値となるよ
うな駆動電圧波形であることを特徴とする。

【００２４】請求項５の発明は、請求項４の発明におい
て、前記圧電アクチュエータの変位部分の前記駆動電源
からの駆動電圧波形は正弦波形状であるとともに、電圧
増加と電圧減少の変位部分の間を一定電圧値とし、最低
電圧値がゼロとなるように電圧値をオフセットした駆動
電圧波形を印加することを特徴とする。

【００２５】請求項６の発明は、請求項１乃至５いずれ
かの発明において、前記画像表示素子を含む可動部の揺
動動作により発生する音を消す消音装置を有することを
特徴とする。

【００２６】請求項７の発明は、請求項６の発明におい
て、前記消音装置は、前記画像表示素子を含む可動部の
揺動動作により発生する音の振動波形を反転した反転信
号を予め記憶した記憶手段と、該記憶手段に記憶された
前記反転信号による音波を発生する音源から成ることを
特徴とする。

【００２７】請求項８の発明は、請求項６の発明におい
て、前記消音装置は、前記画像表示素子を含む可動部の
揺動動作により発生する音を検出する音検出手段と、検
出した音の中から所定周波数の音信号を抽出する手段
と、抽出後の前記音信号の位相を反転する位相反転手段
と、位相反転後の反転信号を記憶する書き換え可能な記
憶手段と、該記憶手段に記憶された前記反転信号による
音波を発生する音源から成ることを特徴とする。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図１〜１０に示す実施例に基づいて説明する。 （実施例１）図１は、本発明の実施例による画像表示装
置の概略を示す図である。図１において、画像表示装置
は、ＬＥＤランプを２次元アレイ状に配列した照明光源
１、拡散板２、コンデンサレンズ３、画像表示素子とし
ての透過型液晶パネル４、投射レンズ５、スクリーン
６、光源ドライブ部９、液晶パネルのドライブ部１０等
を備えている。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。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。液晶パネル４は支持部材７に駆動手段８を介
して支持されており、垂直方向に揺動可能な配置であ
る。駆動機構８は、駆動ドライブ部１１により後述する
ように制御される。ここで、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。

【００２９】図１において、液晶パネル４は、駆動ドラ
イブ部１１の制御のもとで駆動機構８により上下方向に
その画素ピッチの１／２の距離を揺動し、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
するように移動する。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。

【００３０】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できる。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 Ｃｒｙｓｕｔａｌ ｏｎ Ｓｉ）型の
空間変調素子やＤＭＤ（商品名：テキサスインストルメ
ント社：米国）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、２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。

【００３１】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Ｅ
Ｌ、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例について説明するが、空間光
変調器である画像表示素子であれば透過型液晶パネルに
限定されるものではない。

【００３２】図２は、図１に示す画像表示装置の液晶パ
ネルユニット１２の正面図（Ａ）及び側断面図（Ｂ）で
ある。図２において、液晶パネル４を含む可動部１３の
重心をＧで示した。ここでいう重心とは、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％以内程度と定義する。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。また、可動部１３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、ベアリング等の球状、柱状あ
るいは板状部材、バネ等を用いることができる。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。

【００３３】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毎に
偏向させる必要がないので、画素を増倍しない場合と全
く同じ照明光学系及び投射光学系を用いることができ、
光学系のＭＴＦを劣化させることがないので、低コスト
で高解像度の表示を行うことができる。本発明の駆動手
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
ができる。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できるが、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
を精度良く得る方式として、圧電アクチュエータを用い
ることが好ましい。（請求項１に対応）

【００３４】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、実施例では全て積層型ピ
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。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に示すように１
０〜５０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１／５
０〜１／１０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。

【００３５】本実施例では、積層型ピエゾ素子として株
式会社トーキンの圧電アクチュエータ（型番：ＡＥ０５
０５Ｄ０８、長さ１０ｍｍ、断面５ｍｍ×５ｍｍ、絶縁
抵抗値５０ＭΩ、静電容量０．７５μＦ）を用い、１０
０Ｖ印加で約６μｍの変位量が得られる。この圧電アク
チュエータの共振周波数は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、矩形波的な変位以外にも、変位の開
始時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。

【００３６】前記のような圧電アクチュエータ８を用い
て可動部１３を揺動させると、圧電アクチュエータ８の
伸長時および伸縮時のいずれでも音が発生する場合があ
る。この音は圧電アクチュエータ８単体の伸縮動作では
発生しないことから、圧電アクチュエータ８と可動部１
３の固定部で打撃音が発生していると考えられる。圧電
アクチュエータの振動周波数が小さい場合には、周期的
に打撃音が発生するが、圧電アクチュエータの振動周波
数が大きくなると連続的な振動音として聞こえるように
なり、周波数の増加と共に振動音の周波数と強度レベル
が大きくなる。この音の強度レベルは、圧電アクチュエ
ータの駆動電圧波形によって大きく変化することが明ら
かなった。

【００３７】図３〜図７は、圧電アクチュエータを駆動
する種々の駆動電圧波形を示す図である。圧電アクチュ
エータに図３に示すような理想的な矩形波の駆動電圧パ
ルスを印加しようとした場合、振動音は非常に大きくな
る。この時、最大電圧値が１００Ｖ程度と大きな場合、
高圧電源の性能や駆動回路のインピーダンスマッチング
性にも依るが、図４に示すようにＯＮ時とＯＦＦ時に鋭
いスパイクが見られた。この様なスパイクが見られる場
合に特に振動音が大きくなることが明らかになった。

【００３８】本発明によれば、駆動電圧波形を制御する
ことにより、振動音の発生を抑えることができる。駆動
電圧波形を任意に変化させる電源装置の実施例として、
ファンクションジェネレータＮＦ ＦＧ−１６３とハイ
スピードパワーアンプＮＦ４０１０の組合せを用いた。
画像表示素子のフレーム周波数を１２０Ｈｚとして、２
倍の画素シフト動作を行う場合、サブフィールド周波数
は２４０Ｈｚとなる。したがって、図３〜図７に示す駆
動電圧波形の周期Ｔは約４．２ミリ秒となる。

【００３９】（実施例２）実施例２として、上記電源装
置を用いて図５に示すような台形状の駆動電圧波形を圧
電アクチュエータ８に印加したところ、画像表示素子を
含む可動部１３から発生する振動音（衝撃音）を小さく
することができた。これは、圧電アクチュエータの伸縮
時の速度が遅くなるため、変位開始時と終了時の加速度
が比較的小さくなり、画像表示素子を含む可動部１３に
与える衝撃力も小さくなったためと考えられる。（請求
項２に対応）

【００４０】この時、電圧のＯＮ及びＯＦＦ時のスロー
プ部の期間ｔの長さを変化させることによっても振動音
の強度レベルが変化した。期間ｔを長くする程、圧電素
子の伸縮速度が遅くなり、振動音を小さくすることがで
きる。しかし、画像表示に使える期間すなわちサブフィ
ールドの実効的な時間（Ｔ／２−ｔ）が短くなってしま
い、光源からの光の時間的な利用効率が低下してしまう
ため好ましくない。期間ｔの長さは光源の強度や目標と
する画面輝度等から決定されるが、振動音低減の効果と
効率の点から、スロープ部の期間ｔは半周期Ｔ／２の１
／１０〜１／２の割合が好ましい。

【００４１】（実施例３）実施例３では、上記電源装置
を用いて矩形波の駆動電圧波形を印加すると共に、圧電
アクチュエータと駆動電源の間に直列に３３Ωの抵抗を
接続した。この場合、図３のような理想的な矩形波の駆
動電圧パルスを印加しても鋭いスパイクは現れず、振動
音を低減させることができた。（請求項３に対応）接続
する抵抗値の大きさにより、図６に示すような電圧の立
上がり期間後半の鈍り度合いが変化した。抵抗値が数百
Ω以上と大き過ぎると、立上がり期間ｔが長くなり、図
５の場合と同様にサブフィールドの実効的な時間（Ｔ／
２−ｔ）が短くなってしまう。接続する抵抗値は、圧電
素子の抵抗値及び静電容量の目標とする立上がり期間ｔ
によって適宜最適化される。この構成では比較的簡単な
電源回路で駆動電圧波形を鈍らせることができる。但
し、振動音を完全に無くすことはできなかった。これ
は、電圧立上がり時のスパイクを無くすことはできたも
のの、変位の開始時は比較的急峻であるため、初期の衝
撃が比較的大きくなってしまうためと考えられる。

【００４２】（実施例４）そこで、実施例４では、駆動
電圧波形を任意に変化させる電源装置の実施例として、
デジタルシグナルジェネレータＨＰ８１７５とハイスピ
ードパワーアンプＮＦ４０１０の組合わせを用いた。本
発明では、圧電素子の伸長開始時には徐々に電圧が増加
し始め、伸長終了時には徐々に電圧が最大値に飽和し、
圧電素子の収縮開始時には徐々に電圧が減少し始め、収
縮終了時には徐々に電圧が最小値となるような駆動電圧
波形ならば全て用いることができる。本実施例では、デ
ジタルシグナルジェネレータＨＰ８１７５を用いて図７
のように変位部分が正弦波形状乃至Ｓ字形状になるよう
な波形を設定した。その結果、圧電素子が急激に伸びた
り縮んだりしないため、可動部が受ける衝撃力は小さく
なり、振動音は大幅に減少した。（請求項４に対応）

【００４３】（実施例５）ここで、立上がり期間ｔ内で
の駆動電圧のプロフィールは、圧電素子や可動部の形状
などによって適宜最適化することができる。特に、より
滑らかな伸縮動作を行うためには、変位部分を正弦波の
半周期と相似形の波形とすることが好ましい。実施例５
ではデジタルシグナルジェネレータＨＰ８１７５を用い
て、変位部分としてコサイン波の半周期の部分を変位部
分として、一定電圧部分と電圧オフセットを加えて、三
角関数を基にした駆動電圧波形を印加した。この場合、
より滑らかな伸縮動作を行うことができ、振動音は大幅
に低減した。（請求項５に対応）

【００４４】以上、本発明によれば、画像表示素子を含
む可動部と圧電素子端面の固定部における衝撃音を大幅
に低減させることができるが、数センチ角程度の大きさ
の可動部が数百ヘルツで振動動作することに基づく本質
的な振動音もある程度発生する場合がある。本発明の異
なる実施例では、これらの振動音が装置外部に伝わるこ
とを防止するために消音装置を設けたことを特徴とす
る。

【００４５】（実施例６）図８は、第１の消音装置を備
えた画像表示装置の概略を示す図である。実施例６の画
像表示装置は、振動音が外部に漏れることを防止するた
めの第１の消音装置として、装置外装の内側の適当な部
分に防音材を設置した。また、外装の内側だけではな
く、図８に示すように防音材２１を画像表示素子を含む
可動部１３と駆動手段８を含む領域のみを取り囲むよう
に設けても良い。防音材は、音エネルギを振動エネルギ
等として吸収し熱エネルギ等に変換して消音効果を発揮
する適宜な多孔質部材にて形成される。多孔質部材につ
いては特に限定はなく、従来の防音材で公知のいずれの
ものも用いうる。狭小空間等に適用する場合には、圧縮
性に優れるものが好ましい。一般には、例えば天然や合
成の有機や無機の適宜な繊維を不織布状等に集成してな
る繊維集合体、あるいは発泡体等が用いられる。その発
泡体についても、例えばウレタン系発泡体、ポリエチレ
ンやポリプロピレン等のオレフィン系発泡体、アクリル
系発泡体、塩化ビニル系発泡体、エチレン・プロピレン
系発泡体、ＳＢＲ系発泡体、ＮＲ系発泡体、ＮＢＲ系発
泡体、それらのブレンド系発泡体等のプラスチックやゴ
ム等からなる適宜なものを用いうる。なお発泡体は、防
音効果等の点より連続気泡構造であることが好ましい。
２種以上の多孔質部材の積層体や混合層等として形成さ
れていてもよい。防音材の形態は、防音材の適用箇所等
の使用目的等に応じて適宜に決定でき、その厚さも任意
である。また、均一厚である必要はなく、部分的に厚さ
が異なっていてもよい。（請求項６に対応）

【００４６】（実施例７）図９は、実施例６の消音装置
と異なる第２の消音装置を備えた実施例７の画像表示装
置の概略を示す図である。実施例７の画像表示装置で
は、画像表示素子のシフト動作によって発生する作動音
の振動波形を反転した反転信号が記憶させてある記憶回
路２４と、シフト動作時に上記回路の反転信号が印加さ
れて音波を発生する音源２３と、音源の駆動回路２２を
設ける。記憶回路にはＲＯＭを用い、予め実験的に設定
した反転信号が記憶してある。音源２３としては音楽用
スピーカを用い、画像表示素子あるいは圧電アクチュエ
ータの近傍に設ける。シフト動作時に駆動回路２２から
電気信号を印加されて、シフト動作の作動音の振動波形
と逆位相の振動波形の振動を発生可能とする。シフト動
作の音波は音源２３からの音波と合成されて、装置内部
で打ち消しあい消音することができた。（請求項７に対
応）

【００４７】この構成では、消音用の振動波形は予め設
定されている固定信号であり、シフト動作の作動音が経
時変化や環境条件によって変化する場合には、完全に消
音できない場合が生じる。例えば、画像表示部を含む可
動部と圧電素子の端面をエポキシ系接着剤など固定した
場合、固化した接着剤層の硬度や膜厚などが経時的に変
化したり、環境条件や経時劣化によって圧電素子の動作
特性が変化するので、シフト動作時の振動波形が変化す
る。

【００４８】（実施例８）図１０は、第３の消音装置を
備えた実施例８の画像表示装置の概略を示す図である。
実施例８の画像表示装置では、図１０に示すようにシフ
ト動作で発生する振動音を検出する音検出手段２５と、
検出した振動音の振動波形の位相を反転する位相反転手
段２６と、位相反転後の音信号を書き換え可能な記憶回
路２７とを設ける。音検出手段としては、一般的なマイ
クロフォンを用いる。そして、実施例６と同様な音源２
３と駆動回路２２によって、シフト動作で発生する音と
同一レベルで位相が異なる音を再生する。初期的には実
施例６と同様に消音することができた。さらに、比較的
長期的な動作試験を行い、画像表示装置の電源投入時と
一定時間経過後に定期的にシフト動作の振動音を検出
し、その度に記憶回路２７の振動波形データを更新する
ことで、振動音の経時変化に対応して常に消音すること
できた。（請求項８に対応）

【００４９】

【発明の効果】請求項１の発明は、画像表示素子を画素
シフトさせる駆動手段に圧電アクチュエータを用いてい
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できる。したがって、フレー
ム周波数を大きくすることができ、画像のチラツキが低
減できる。

【００５０】請求項２の発明は、圧電アクチュエータの
駆動電圧波形を台形状にして立上がりと立ち下がりを緩
やかにしているので、圧電アクチュエータの伸縮動作時
の変位速度が遅くなり、伸縮に伴う振動音や衝撃音を低
減することができる。さらに変位速度を遅くすることで
圧電アクチュエータからの発熱が抑えられ、画像表示素
子その他周辺部品の劣化防止の効果があり、また消費電
力を低減させることができる。

【００５１】請求項３の発明は、圧電アクチュエータの
駆動回路に直列抵抗を接続しているので、単純な矩形波
電圧を印加した場合でも実効的な駆動電圧波形のスパイ
クの発生を防止でき、振動音や衝撃音を低減することが
できる。さらに変位速度を遅くすることで圧電アクチュ
エータからの発熱が抑えられ、画像表示素子その他周辺
部品の劣化防止の効果があり、また消費電力を低減させ
ることができる。

【００５２】請求項４の発明は、圧電アクチュエータの
変位部分の駆動電圧波形の形状をＳ字状に制御している
ので、変位速度の急激な変化が防止でき、伸縮動作に伴
う振動音や衝撃音を大幅に低減することができる。さら
に変位速度を遅くすることで圧電アクチュエータからの
発熱が抑えられ、画像表示素子その他周辺部品の劣化防
止の効果があり、また消費電力を低減させることができ
る。

【００５３】請求項５の発明は、圧電アクチュエータの
変位部分の駆動電圧波形の形状を正弦波状としているの
で、滑らかな変位が得られ、伸縮動作に伴う振動音や衝
撃音を効果的に低減することができる。さらに変位速度
を遅くすることで圧電アクチュエータからの発熱が抑え
られ、画像表示素子その他周辺部品の劣化防止の効果が
あり、また消費電力を低減させることができる。

【００５４】請求項６の発明は、防音材などの消音装置
を有しているので、装置外部において動作音を小さく抑
えることができる。

【００５５】請求項７の発明は、画像表示素子のシフト
動作により発生する動作音の振動波形を反転した音波を
発生させるので、動作音を消音することができる。

【００５６】請求項８の発明は、画像表示素子のシフト
動作により発生する動作音を検出する手段を有している
ので、経時変化や環境変化によって動作音の振動波形が
変化した場合でも、変化に応じた音波を発生させるの
で、確実に動作音を消去することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例による画像表示装置の概略を
示す図である。

【図２】 図１に示す画像表示装置の液晶パネルユニッ
トの正面図及び側断面図である。

【図３】 圧電アクチュエータに印加する矩形波の駆動
電圧パルスを示す図である。

【図４】 スパイクが重畳した矩形波の駆動電圧パルス
を示す図である。

【図５】 台形状の駆動電圧パルスを示す図である。

【図６】 矩形波の駆動電圧パルスにおいて、電圧立上
がり期間後半が鈍った駆動電圧パルスを示す図である。

【図７】 矩形波の駆動電圧パルスにおいて、圧電アク
チュエータの変位部分が正弦波状の駆動電圧パルスを示
す図である。

【図８】 第１の消音装置を備えた画像表示装置の概略
を示す図である。

【図９】 第２の消音装置を備えた画像表示装置の概略
を示す図である。

【図１０】 第３の消音装置を備えた画像表示装置の概
略を示す図である。

【符号の説明】

１…照明光源、２…拡散板、３…コンデンサレンズ、４
…透過型液晶パネル、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
部、１０…液晶ドライブ部、１１…駆動ドライブ部、１
２…液晶パネルユニット、１３…可動部、１４…ガイド
手段、２０…電気配線、２１…防音材、２２…駆動回
路、２３…音源、２４…記憶回路、２５…音検出手段、
２６…位相反転手段、２７…記憶回路。

フロントページの続き (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 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 (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 Ｆターム(参考） 2H088 EA10 EA13 EA19 HA06 HA24 HA28 MA02 MA20 5C058 AA05 BA23 BA35 BB09 BB11 BB19 BB25

Claims (8)

【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
   画素が所定のピッチで配列した二次元の画像表示素子
   と、該画像表示素子を観察するための光学素子と、前記
   画像表示素子を含む可動部を前記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、前記画
   像情報に基づく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前記駆動手段を制御する制
   御手段を有し、前記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、 前記駆動手段は、伸縮変位が可能な圧電アクチュエータ
   と該圧電アクチュエータを駆動する駆動電源から成るこ
   とを特徴とする画像表示装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の画像表示装置において、 前記圧電アクチュエータに伸縮変位を与える前記駆動電
   源からの駆動電圧波形は、台形状のパルス電圧波形であ
   ることを特徴とする画像表示装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の画像表示装置において、 前記圧電アクチュエータと前記駆動電源の間に直列抵抗
   を接続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記載の画像表示装置において、 前記圧電アクチュエータに伸縮変位を与える前記駆動電
   源からの駆動電圧波形は、前記圧電アクチュエータの伸
   長開始時には徐々に電圧値が増加し始め、伸長終了時に
   は徐々に電圧値が最大値となり飽和し、また前記圧電ア
   クチュエータの収縮開始時には徐々に電圧値が減少し始
   め、収縮終了時には徐々に電圧値が最小値となるような
   駆動電圧波形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記載の画像表示装置において、 前記圧電アクチュエータの変位部分の前記駆動電源から
   の駆動電圧波形は正弦波形状であるとともに、電圧増加
   と電圧減少の変位部分の間を一定電圧値とし、最低電圧
   値がゼロとなるように電圧値をオフセットした駆動電圧
   波形を印加することを特徴とする画像表示装置。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５いずれかに記載の画像表
   示装置において、 前記画像表示素子を含む可動部の揺動動作により発生す
   る音を消す消音装置を有することを特徴とする画像表示
   装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載の画像表示装置において、 前記消音装置は、前記画像表示素子を含む可動部の揺動
   動作により発生する音の振動波形を反転した反転信号を
   予め記憶した記憶手段と、該記憶手段に記憶された前記
   反転信号による音波を発生する音源から成ることを特徴
   とする画像表示装置。
8. 【請求項８】 請求項６記載の画像表示装置において、 前記消音装置は、前記画像表示素子を含む可動部の揺動
   動作により発生する音を検出する音検出手段と、検出し
   た音の中から所定周波数の音信号を抽出する手段と、抽
   出後の前記音信号の位相を反転する位相反転手段と、位
   相反転後の反転信号を記憶する書き換え可能な記憶手段
   と、該記憶手段に記憶された前記反転信号による音波を
   発生する音源から成ることを特徴とする画像表示装置。