JP2003259255A - 投射画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光軸シフト素子を用いて画素の増大を図り高
解像度化する投射画像表示装置において、「解像度」と
「鮮鋭性」を確保し、かつ、「カタサ」、「ジャギ
ー」、及び、「画像不連続性」を低減することにより
「面とエッジの滑らかさ」を実現し、さらには光利用効
率の向上させ得る明るい投射画像表示装置を提供する。 【解決手段】 画素の光強度プロファイルを、非矩形形
状の画素プロファイルに変形させる画素プロファイル変
形手段７を備えることにより、画素のエッジ付近の相対
光強度を減少させ、光軸シフトした場合の隣接画素間の
重なりの影響を低減させ、画像の「鮮鋭性」と「面とエ
ッジの滑らかさ」とを同時に実現できるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像フィールドを
構成する複数のサブフィールド毎に、空間光変調素子又
は空間光放出素子等の表示素子の画素を光学的に変位さ
せる変位手段を有する高解像度の投射画像表示装置に関
し、より具体的には実像を投射フロントプロジェクタ、
リアプロジェクタ等の投射画像表示装置及び虚像を投射
するヘッドマウンテッドディスプレイ、ビューファイン
ダ等の高解像度の投射画像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】サブフィールド毎に空間光変調器（例え
ば液晶素子）の画像を光学的に変位させて空間光変調器
の解像度以上の画像を投影する方式が、特開平０４−１
１３３０８号公報（登録第２９３９２６号）、特開平０
５−２８９０４４号公報、特開平０９−１５２５７２号
公報、特開平０６−３２４３２０号公報、特開２０００
−９８９６８公報等に既に開示されている。これらは、
走査線に垂直な２つの位置又は縦横４つの位置に対して
光軸シフトにより画素を光学的に変位させ、同時にこの
変位に対応したサブフィールドを２枚又は４枚とするこ
とにより、スクリーン上で、各々２倍及び４倍の画素
素、つまりは２倍及び４倍の解像度を得ることができ
る。

【０００３】また、特開平０８−１９４２０７号公報、
特開平０９−２３０３２９号公報、特開平０９−０１５
５４８号公報等には、画素の配列と光軸シフトの変位量
及び変位方向を制御することにより、一方向に空間的に
フィルタで空間分割したＲＧＢ画素を、同じ方向に３つ
の位置を変位させて重ねることにより３倍の解像度の向
上を行ったり、変位することによってＲＧＢのデルタ配
列を実現したり、一部の画素のみを変位して特定部分の
みを高解像度化を行う等の装置も開示されている。

【０００４】前述の特開平０４−１１３３０８号公報に
は、画素ピッチよりも画素サイズが１／２より小さい画
素を有する空間光変調素子が開示されており、これと光
軸シフト素子を用いて、高解像度化を行う際に、隣接す
る画素間の重なりを生ずることのない高解像度の投射画
像形成装置が示されている。

【０００５】しかしながら、画素形状は空間光変調素子
の開口形状で主に決定され、画素を含む面での画素の外
形形状は通常は正方形であり、かつ、ビームプロファイ
ルつまりは画素プロファイルである光強度断面は、開口
内の透過率が均一であることから開口のエッジで大きな
ステップを有する矩形形状を有する画素プロファイルを
有している。このため、空間光変調素子面での１画素な
いしは連続する複数の画素からなる画像は、そのエッジ
での階調は非常に大きな空間周波数変調となり、画素単
位の最大空間周波数でのライン＆スペースの光強度分布
で測定される「解像度」や目視による「鮮鋭度」は良好
であるものの、同様に目視による評価としては「カタ
サ」、「ジャギー」、及び「画像不連続性」が目立つ画
像となる。

【０００６】これらは、ＣＲＴの画像に対する液晶の画
像の不具合点に対応するものである。ＣＲＴの画素プロ
ファイルは、ガウシアン分布形状に類似の画素プロファ
イルであり、視認性としては「カタサ」、「ジャギ
ー」、及び「画像不連続性」が目立たない滑らかな画像
である。同時に、これらの結果として、「階調不連続
性」も目立たなくなる。しかしながら、「解像度」と
「鮮鋭性」が、画素数又は画素数を基準として良好であ
るとはいえない。

【０００７】これに対し、フラットパネルである液晶表
示装置の画素の外形形状は方形であり、かつ、画素プロ
ファイルは矩形形状である。このため、「解像度」と
「鮮鋭性」が、画素数又は画素数を基準として良好であ
るのに対し、「カタサ」、「ジャギー」、及び「画像不
連続性」が目立つ画像である。このため、フォント画像
に対するソフト処理により、予め、フォントとして、
「ハネ」や「エッジ」部分等を、２値的なデータの白黒
文字であっても、グレースケールを利用した高階調表示
を行って、「カタサ」、「ジャギー」、及び「画像不連
続性」を目立たなくなる処理がなされる場合もある。

【０００８】ＳＶＧＡやＸＧＡクラスの従来の低解像度
のデータプロジェクタの場合は、元々低解像度のために
１画面の情報量自体が不足しており、１つの文字を形成
するドット数が少ない状態となり、この場合にはエッジ
が鮮鋭でないと、ぼやけた印象となり文字の判別性が悪
化し、視認性が劣化しやすく、視認性としての「カタ
サ」、「ジャギー」、「画像不連続性」、及び、「階調
不連続性」が逆に好ましい場合もある。しかしながら、
ＶＧＡ程度の低解像度の場合においても映像用プロジェ
クの場合、及びＵＸＧＡ以上の高解像度の映像用及びデ
ータ用の両方のプロジェクタの場合においては、その画
像品質に対する要求が従来の低解像度のデータ用プロジ
ェクタと異なり、１画面の情報量としては十分になりつ
つあり、その上で高解像度により画像の「面とエッジの
滑らかさ」を実現して視認性を向上して、観察者の認識
率を向上し、エラー率を低減し、観察者の疲労を低減さ
せると同時に省エネルギーでより環境に配慮することが
重要となる。

【０００９】このために、光軸シフト素子を用いて、元
の液晶ライトバルブの２倍、さらには３倍の走査線数や
データ線数による増倍効果により、４倍さらには９倍の
画素数の高解像度化を行う場合には、例えば４倍の高解
像度化を行う場合には従来の直線的開口率５０％以下に
画素縮小をした場合（通常の面積的開口率では、２乗の
２５％である）の縮小画素を投射レンズにより投射する
投射画像の画素形状は、従来の低解像度のプロジェクタ
の場合と異なって高解像度の場合に要求される、「面と
エッジの滑らかさ」を実現することが困難である。

【００１０】外形形状が正方形形状で、かつ、光強度が
矩形形状である空間光変調素子の従来の画素を投射して
プロジェクタ装置を作製した場合、投射レンズにより正
方形の画素が所定の倍率でスクリーン上に拡大されると
同時に、この投射レンズのＭＴＦ周波数特性に応じて、
矩形形状のビームプロファイルが変換されてスクリーン
上の画素となるが、通常は矩形形状の両端のエッジが大
きな曲率を有するように変換される。データプロジェク
ション用の投射レンズの解像度は、その画像情報の種
類、製品価格帯でも大きく異なるが、通常は相対的に高
コストに液晶ライトバルブの解像度を有効に活かすため
に、その画素のピッチが与える最高の空間周波数でのＭ
ＴＦが、３０％以上が必要であり、好ましくは５０％以
上である。

【００１１】このとき、投射レンズが全ての空間周波数
でＭＴＦ１００％であるならば、液晶ライトバルブでの
画像とスクリーン上の拡大画像とは、完全に１：１の関
係にあるので、画素プロファイルは矩形形状であり、視
認性としての「カタサ」、「ジャギー」、及び、「画像
不連続性」が、通常のフラットディスプレイとしての液
晶モニタと同様に、非常に目立つ画像である。

【００１２】実際には、投射レンズのＭＴＦは、全ての
空間周波数で完全にＭＴＦ１００％であることはないの
で、画素の矩形形状のビームプロファイルは、単純に正
弦波的な画素プロファイルに近づいてゆくことに対応し
て、画像品質が変形を受け「カタサ」、「ジャギー」、
及び「画像不連続性」等を減少することができる。しか
しながら、このようにして、従来の直線的開口率５０％
以下の縮小画素を、比較的低ＭＴＦの投射レンズで投射
して投射画像を形成しても、開口率が小さいために、
「カタサ」、「ジャギー」、及び、「画像不連続性」等
が目立たない状態まで、投射レンズのＭＴＦを落とした
場合には、隣接する画素間の隙間があるがゆえに、画像
の解像度も同時に劣化し、画像の「鮮鋭性」が非常に減
少しまう状態が生じる。投射レンズのＭＴＦが、３０％
よりもさらに小さくなった場合は、この傾向はさらに大
きくなり、この場合には光軸シフトすることにより高解
像度化を行った場合の画像品質の向上がほとんど無くな
り、かわりに劣化した画像しか表示できなくなる。これ
は、投射レンズの合焦位置をシフトして、焦点位置を外
した場合も同様であり、高解像度化の際に「カタサ」、
「ジャギー」、及び、「画像不連続性」等を減少させる
画素プロファイルとしては、この開口率を単純に直線的
開口率５０％以下として画素縮小を行った画素プロファ
イルは不向きである。

【００１３】前述の特開平０９−０５４５５４号公報に
は、光軸シフトをして高解像度化を行う場合に集光レン
ズにより透過型液晶パネルの比較的大きい開口より小さ
く集光する前述の方法が開示されている。

【００１４】図１６及び図１７に、特開平０９−０５４
５５４号公報に開示された画素サイズを変形させる手段
とした透過型液晶パネルに１回透過型のマイクロレンズ
を組み合わせた従来例となる構成の一例を示す。図１６
には、特定の開口を有する透過型液晶ライトバルブと、
この画素に対向して、アクティブ素子により制約されて
生じる小さな開口よりもさらに画素サイズを縮小する円
形外形上を有するマイクロレンズの構成例を示してお
り、図１７には、図１６に示す構成により画素を縮小さ
れた矩形形状の画素プロファイルの光束が、光軸シフト
された場合に合成される連続画素プロファイルの状態を
示す。

【００１５】図１６において、１０１は入射光光束、１
０２は集光光学系、１０２ａは微小レンズ、１０３は表
示素子、１０３ａは表示素子に設けられた画素の開口
部、１ａは集光された画素、１０４は出射光光束であ
る。表示素子１０３の画素の開口部１０３ａに入射する
入射光光束１０１は、集光光学系１０２に設けられた微
小レンズ１０２により集光されて集光画素１０１ａとな
り開口部に入射透過し、この後に開口部１０３ａから出
射されて出射光光束１０４となる。

【００１６】図１７において、（ａ）は画素を縮小しな
い構成の場合の光軸シフトされた場合に合成される連続
画素プロファイルの状態であり、（ｂ）は画素を図１６
に示す構成の従来の画素を縮小した場合の光軸シフトし
た場合に合成される連続画素プロファイルの状態であ
る。何れの場合も、透過型の液晶ライトバルブと、光軸
シフト素子を用いた投射拡大装置により、一方向に２倍
の高解像度化を行った場合の作用を説明するものであ
る。

【００１７】図１７（ａ）に示すように、画素縮小をし
ない場合には、画素に設けたアクティブ素子（図示せ
ず）の配置により決定される１００％未満の面積開口効
率の開口により画素が若干に縮小されており、この場合
の画素プロファイルは均一な照明が開口で制限された矩
形形状であり、このような画素プロファイルを用いて光
軸シフトにより高解像度化しても、シフトした矩形形状
の画素プロファイル同士が重なりあった場合に、この重
なりあった部分の光強度がステップ的に増大して、光軸
シフトを用いたにも関わらず解像度が向上しないと同時
に、画像の「画像不連続性」も目立ってしまうという問
題があった。

【００１８】図１７（ｂ）に示すように、画素縮小をし
て矩形形状の画素プロファイルの幅を画素ピッチの５０
％以下にした場合には、隣接した画素プロファイル間の
重なりがなくなることにより解像度が向上する。しかし
ながら、図１７（ｂ）に示す画素プロファイルは、特開
平０４−１１３３０８号公報と同様に、直線的開口率が
５０％以下の矩形形状の画素プロファイルであり、「解
像度」及び視認性としての「鮮鋭性」は良好でありなが
らも、「カタサ」、「ジャギー」、及び、「画像不連続
性」が、通常のフラットディスプレイとしての液晶モニ
タと同様に目立つ画像である。これは、投射レンズのＭ
ＴＦ特性を変化させることで低減できるが、逆に「解像
度」と「鮮鋭性」が劣化してしまう。

【００１９】このため、光軸シフト素子を用いて画素プ
ロファイルをシフトすることにより高解像度化を実現す
る高解像度の映像プロジェクタや高解像度のデータプロ
ジェクタとしては、画素数の増大による高解像度を活か
して、従来の低解像度のプロジェクタの場合と異なって
高解像度の場合に要求される「鮮鋭性」を確保し、か
つ、「面とエッジの滑らかさ」を実現した投射画像を形
成することができない。

【００２０】また、このような問題は、図１６に示され
るように画素の外形形状が集光光学系により円形形状に
なったとしても、その画素サイズを縮小された画素プロ
ファイルが矩形形状である限りは同様であって、光軸シ
フトを用いた画素数の増大による高解像度化の目的とす
る投射画像を形成することができない。さらに、特開平
０４−１１３３０８号公報では画素サイズを縮小しては
いるものの、画素プロファイルが重ならないためには直
線的開口率５０％以下の画素縮小が必要となる矩形形状
のビームプロファイルを前提としてのみ成立する動作、
作用であり、矩形形状以外の画素プロファイルに関する
記述は全く認められず、この矩形形状の画素プロファイ
ルによって生じる画像品質の劣化を解決するには至って
いない。

【００２１】一方、特開平０９−０５４５５４号公報で
は、輝度レベルつまりは光強度も向上してコントラスト
が向上することが開示されているが、ピーク輝度が向上
しても１画素面積当りの平均輝度が向上することはない
ので、画素を縮小することによる画素の有効開口率が向
上する以外は光利用効率の向上はあり得ない。一般的に
は、元の画素の面積を基準として場合の輝度は、同一又
は付加された光学部品による損失等により低減する。

【００２２】さらに、特開平０９−０５４５５４号公報
は、図１７（ｂ）に示されるように、縮小画素の画素プ
ロファイルとして矩形形状を前提としており、このため
光軸シフト素子を用いて解像度を向上する場合には、一
方向に２倍にする場合に光軸シフトさらた画素が図１７
（ａ）のように重ならないためには、少なくとも直線的
開口率５０％以下の画素縮小が必要となり、このためト
レードオフの関係として、出射光光束のＦ値が照明光学
系により決定される入射光のＦ値に対して約２倍にな
り、投射レンズとして非常に明るいレンズが必要とな
る。逆に、画素縮小をしない場合に最適のＦ値の投射レ
ンズを用いた場合は、投射レンズでのケラレが生じて、
画素縮小しない場合と比較して２５〜５０％の非常に低
い光利用効率となる。また、画素縮小に用いる光学系の
諸収差により出射光のＦ値は２倍分よりさらに明るくな
る場合が生じる影響により、実際には出射光束の角度で
２倍相当の明るさのＦ値（Ｆ値で１／２倍の投射レン
ズ）を用いたとしても、若干に光利用効率が低減してし
まう。このため、画素縮小する場合には、光利用効率の
向上が非常に大きな問題となるが、これに関する解決方
法に関しては、特開平０９−０５４５５４号公報には一
切記述されていない。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した問
題点に鑑み、光軸シフト素子を用いて画素の増大を図り
高解像度化する投射画像表示装置において、「解像度」
と「鮮鋭性」を確保し、かつ、「カタサ」、「ジャギ
ー」、及び、「画像不連続性」を低減することにより
「面とエッジの滑らかさ」を実現し、さらには光利用効
率の向上させ得る明るい投射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記載の発明の投
射画像表示装置は、画像情報に対応して光を変調又は放
出する画素を有する表示素子と、画像情報に対応した画
像フィールドを構成する複数のサブフィールド毎に前記
画素の位置を光学的に変位させる変位手段と、前記画素
を拡大投射する投射手段とを有する投射画像表示装置に
おいて、前記画素の光強度プロファイルを非矩形形状の
画素プロファイルに変形させる画素プロファイル変形手
段を有することを特徴とする。

【００２５】従って、非矩形形状の画素プロファイルに
よれば画素のエッジ付近の相対光強度を減少させること
ができるので、光軸シフトした場合の隣接画素間の重な
りの影響を低減し、画像の「鮮鋭性」と「面とエッジの
滑らかさ」とを同時に実現した投射画像表示装置を実現
できる。また、画素プロファイルの半値全幅を画素ピッ
チに対する相対値をより大きくすることで出射光光束の
角度を低減させることができるので、投射レンズによる
出射光光束のケラレが減少し、出射光光束の取り込みの
光利用効率が大きくて明るい投射画像表示装置が実現で
きる。

【００２６】請求項２記載の発明は、請求項１記載の投
射画像表示装置において、前記画素プロファイル変形手
段により変形される画素プロファイルの画素が画素の中
心付近に凹形状を有する画素プロファイルであることを
特徴とする。

【００２７】従って、画素のエッジ付近の相対光強度を
減少させながらも画素中心付近の相対光強度の均一性を
向上させることができるので、光軸シフトした場合の隣
接画素間の重なりの影響を低減させることができると同
時に１画素面内での光強度の均一性を向上させることが
でき、画像の「鮮鋭性」と「面とエッジの滑らかさ」と
を同時、かつ、より向上させ得る投射画像表示装置を実
現できる。また、画素プロファイルの半値全幅を画素ピ
ッチに対する相対値をさらにより大きくすることで、出
射光光束の角度をより低減させることができるので、投
射レンズによる出射光光束のケラレがより減少し、出射
光光束の取り込みの光利用効率がより大きくてより明る
い投射画像表示装置が実現できる。

【００２８】請求項３記載の発明は、請求項１又は２に
記載の投射画像表示装置において、前記画素プロファイ
ル変形手段により変形されるの画素プロファイルの半値
全幅をｗとし、画素ピッチをｐとし、前記変位手段によ
り変位されるステップ数をｎ（ｎは２以上の整数）とす
ると、前記画素プロファイル変形手段は、 ｗ≦０．７ｐ×（２／ｎ） の関係が成り立つように画素プロファイルを変形させる
ことを特徴とする。

【００２９】従って、画素のエッジ付近の相対光強度を
より減少させることができるので、光軸シフトした場合
の隣接画素間の重なりの影響をより低減させることがで
き、画像の「鮮鋭性」と「面とエッジの滑らかさ」とを
同時、かつ、より一層向上させ得る投射画像表示装置を
実現できる。

【００３０】請求項４記載の発明は、請求項１又は２に
記載の投射画像表示装置において、前記画素プロファイ
ル変形手段により変形される画素プロファイルの半値全
幅をｗとし、画素ピッチをｐとし、前記変位手段により
変位されるステップ数をｎ（ｎは２以上の整数）とする
と、前記画素プロファイル変形手段は、 ０．５ｐ×（２／ｎ）＜ｗ≦０．７ｐ×（２／ｎ） の関係が成り立つように画素プロファイルを変形させる
ことを特徴とする。

【００３１】従って、画素プロファイルの半値全幅を画
素ピッチに基づく光軸シフト量よりも大きくすること
で、出射光光束の角度をより一層低減させることができ
るので、投射レンズによる出射光光束のケラレがより一
層減少し、出射光光束の取り込みの光利用効率をさらに
より大きくしてさらにより明るい投射画像表示装置を実
現できる。

【００３２】請求項５記載の発明は、請求項１又は２に
記載の投射画像表示装置において、前記画素プロファイ
ル変形手段により変形される連続した複数の画素プロフ
ァイルから合成される連続画素プロファイルの隣接画素
間の最小光強度が、前記連続画素プロファイルの最大光
強度の４３％以内となるように画素プロファイルを変形
させる画素プロファイル変形手段であることを特徴とす
る従って、光軸シフトした場合の最隣接画素の中心付近
へのクロストークの影響をより減少させることができる
ので、光軸シフトした場合の隣接画素間の重なりの影響
をより低減させることができ、画像の「鮮鋭性」と「面
とエッジの滑らかさ」とを同時、かつ、より一層向上さ
せ得る投射画像表示装置を実現できる。

【００３３】請求項６記載の発明は、請求項１又は２に
記載の投射画像表示装置において、前記画素プロファイ
ル変形手段により変形される連続した複数の画素プロフ
ァイルから合成される連続画素プロファイルの隣接画素
間の最小光強度が、前記連続画素プロファイルの最大光
強度の３３％以内であり、かつ、前記画素プロファイル
変形手段により変形された画素プロファイルの半値全幅
をｗとし、画素ピッチをｐとし、前記変位手段により変
位されるステップ数をｎ（ｎは２以上の整数）とする
と、前記画素プロファイル変形手段は、 ｗ≦０．７ｐ×（２／ｎ） の関係が成り立つように画素プロファイルを変形させる
ことを特徴とする。

【００３４】従って、光軸シフトした場合の最隣接画素
の中心付近へのクロストークの影響をより減少させるこ
とができると同時に画素のエッジ付近の相対光強度をよ
り減少させることができるので、光軸シフトした場合の
隣接画素間の重なりの影響をより一層低減させることが
でき、画像の「鮮鋭性」と「面とエッジの滑らかさ」と
を同時、かつ、さらにより一層向上させ得る投射画像表
示装置を実現できる。

【００３５】請求項７記載の発明は、請求項２に記載の
投射画像表示装置において、前記画素プロファイル変形
手段により変形された画素プロファイルの半値全幅をｗ
とし、画素ピッチをｐとし、前記変位手段により変位さ
れるステップ数をｎ（ｎは２以上の整数）とすると、前
記画素プロファイル変形手段は、 ｗ≦０．６ｐ×（２／ｎ） の関係が成り立つように画素プロファイルを変形させる
ことを特徴とする。

【００３６】従って、画素のエッジ付近の相対光強度を
減少させながらも画素中心付近の相対光強度の均一性を
向上させることができるので、光軸シフトした場合の隣
接画素間の重なりの影響をより低減させることができる
と同時に１画素面内での光強度の均一性を向上させるこ
とができ、画像の「鮮鋭性」と「面とエッジの滑らか
さ」とを同時、かつ、さらにより一層向上させ得る投射
画像表示装置を実現できる。

【００３７】請求項８記載の発明は、請求項１、２、
３、４、５、６又は７記載の投射画像表示装置におい
て、前記画素プロファイル変形手段により変形された画
素の前記投射手段による投射画素の前記サブフィールド
毎での投射画素プロファイルの半値全幅をＷとし、サブ
フィールド毎での投射画素ピッチをＰとし、前記変位手
段により変位されるステップ数をｎ（ｎは２以上の整
数）とすると、前記画素プロファイル変形手段は、 Ｗ≦０．７Ｐ×（２／ｎ） の関係が成り立つように投射画素の画素プロファイルを
変形させることを特徴とする。

【００３８】従って、画素のエッジ付近の相対光強度を
より減少させることができるので、光軸シフトした場合
の隣接画素間の重なりの影響をより低減させることがで
き、画像の「鮮鋭性」と「面とエッジの滑らかさ」とを
同時、かつ、より一層向上させ得る投射画像表示装置を
実現できる。

【００３９】請求項９記載の発明は、請求項１、２、
３、４、５、６又は７記載の投射画像表示装置におい
て、前記画素プロファイル変形手段により変形された画
素の前記投射手段による投射画素の前記サブフィールド
毎での投射画素プロファイルの半値全幅をＷとし、サブ
フィールド毎での投射画素ピッチをＰとし、前記変位手
段により変位されるステップ数をｎ（ｎは２以上の整
数）とすると、前記画素プロファイル変形手段は、 ０．５Ｐ（２／ｎ）＜Ｗ≦０．７Ｐ×（２／ｎ） の関係が成り立つように投射画素の投射画素プロファイ
ルを変形させることを特徴とする。

【００４０】従って、画素プロファイルの半値全幅を画
素ピッチに基づく光軸シフト量よりも大きくすること
で、より一層出射光光束の角度を低減させることができ
るので、投射レンズによる出射光光束のケラレがより一
層減少し、出射光光束の取り込みの光利用効率をさらに
より大きくしてさらにより明るい投射画像表示装置を実
現できる。

【００４１】請求項１０記載の発明は、請求項１、２、
３、４、５、６又は７記載の投射画像表示装置におい
て、前記画素プロファイル変形手段により変形される連
続した複数の画素の前記投射手段による複数の投射画素
の投射画素プロファイルから合成される連続投射画素プ
ロファイルの隣接投射画素間の最小光強度が、前記連続
投射画素プロファイルの最大光強度の４３％以内の関係
が成り立つように投射画素の連続投射画素プロファイル
を変形させる画素プロファイル変形手段であることを特
徴とする。

【００４２】従って、光軸シフトした場合の最隣接画素
の中心付近へのクロストークの影響をより減少させるこ
とができるので、光軸シフトした場合の隣接画素間の重
なりの影響をより低減させることができ、画像の「鮮鋭
性」と「面とエッジの滑らかさ」とを同時、かつ、より
一層向上させ得る投射画像表示装置を実現できる。

【００４３】請求項１１記載の発明は、請求項１、２、
３、４、５、６又は７記載の投射画像表示装置におい
て、前記画素プロファイル変形手段により変形される連
続した複数の画素の前記投射手段による複数の投射画素
の投射画素プロファイルから合成される連続投射画素プ
ロファイルの隣接投射画素間の最小光強度が、前記連続
投射画素プロファイルの最大光強度の３３％以内の関係
が成り立ち、かつ、前記画素プロファイル変形手段によ
り変形された画素の前記投射手段による投射画素の前記
サブフィールド毎での投射画素プロファイルの半値全幅
をＷとし、サブフィールド毎での投射画素ピッチをＰと
し、前記変位手段により変位されるステップ数をｎ（ｎ
は２以上の整数）とすると、前記画素プロファイル変形
手段は、 Ｗ≦０．７Ｐ×（２／ｎ） の関係が成り立つように投射画素の投射画素プロファイ
ルを変形させることを特徴とする。

【００４４】従って、光軸シフトした場合の最隣接画素
の中心付近へのクロストークの影響をより減少させるこ
とができると同時に画素のエッジ付近の相対光強度をよ
り減少させることができるので、光軸シフトした場合の
隣接画素間の重なりの影響をより一層低減させることが
でき、画像の「鮮鋭性」と「面とエッジの滑らかさ」と
を同時、かつ、さらにより一層向上させ得る投射画像表
示装置を実現できる。

【００４５】請求項１２記載の発明は、請求項１、２、
３、４、５、６又は７記載の投射画像表示装置におい
て、前記サブフィールド毎での前記画素プロファイル変
形手段により変形された画素の前記投射手段による投射
画素の投射画素プロファイルが投射画素の中心付近に凹
形状を有し、かつ、前記画素プロファイル変形手段によ
り変形された画素の前記投射手段による投射画素の前記
サブフィールド毎での投射画素プロファイルの半値全幅
をＷとし、サブフィールド毎での投射画素ピッチをＰと
し、前記変位手段により変位されるステップ数をｎ（ｎ
は２以上の整数）とすると、前記画素プロファイル変形
手段は、 Ｗ≦０．６Ｐ×（２／ｎ） の関係が成り立つように投射画素の投射画素プロファイ
ルを変形させることを特徴とする。

【００４６】従って、画素のエッジ付近の相対光強度を
減少させながらも画素中心付近の相対光強度の均一性を
向上させることができるので、光軸シフトした場合の隣
接画素間の重なりの影響をより低減させることができる
と同時に１画素面内での光強度の均一性を向上させるこ
とができ、画像の「鮮鋭性」と「面とエッジの滑らか
さ」とを同時、かつ、さらにより一層向上させ得る投射
画像表示装置を実現できる。

【００４７】請求項１３記載の発明は、請求項１、２、
３、４、５、６、７、８、９、１０、１１又は１２記載
の投射画像表示装置において、前記画素プロファイル変
形手段が曲面で形成されたマイクロレンズアレイを有す
ることを特徴とする。

【００４８】従って、光軸シフトを用いた投射画像表示
装置の高解像度化のための画素プロファイル変形手段の
好適な構成を提供できる。

【００４９】請求項１４記載の発明は、請求項１、２、
３、４、５、６、７、８、９、１０、１１又は１２記載
の投射画像表示装置において、前記画素プロファイル変
形手段が屈折率分布型レンズアレイを有することを特徴
とする。

【００５０】従って、光軸シフトを用いた投射画像表示
装置の高解像度化のための画素プロファイル変形手段の
好適な構成を提供できる。

【００５１】請求項１５記載の発明は、請求項１、２、
３、４、５、６、７、８、９、１０、１１又は１２記載
の投射画像表示装置において、前記画素プロファイル変
形手段が凹面ミラーアレイを有することを特徴とする。

【００５２】従って、光軸シフトを用いた投射画像表示
装置の高解像度化のための画素プロファイル変形手段の
好適な構成を提供できる。

【００５３】請求項１６記載の発明は、請求項１、２、
３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１
３、１４又は１５記載の投射画像表示装置において、前
記画素プロファイル変形手段が元の画素の面積よりも小
さい面積の開口アレイを有することを特徴とする。

【００５４】従って、光軸シフトを用いた投射画像表示
装置の高解像度化のための画素プロファイル変形手段の
好適な構成を提供できる。

【００５５】

【発明の実施の形態】以下に、図面を用いて本発明の画
像投射装置の実施の形態を詳細に述べる。

【００５６】＜実施の形態１＞図１及び図２は、本発明
の高解像度の投射画像表示装置の実施の形態１の構成を
示したものである。図１は、本実施の形態の投射画像表
示装置の概要図であり、図２は画素縮小素子の一構成例
である。図１において、１はリフレクタを設けた高圧水
銀ランプからなる白色光源であり、２はフライアイレン
ズ等の光インテグレータであり、３はカラーホイール等
の色分離装置であり、４は空間光変調素子であり、５は
偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）であり、６はマクロレ
ンズであり、７は第１マイクロレンズアレイ７ａと第２
マイクロレンズアレイ７ｂとから構成される画素プロフ
ァイル変形素子であり、８は投射レンズであり、９はス
クリーンである。図示はしていないが、投射レンズ８内
で画素プロファイル変形素子側に、強誘電性液晶を垂直
配向した液晶セルを用いた光軸軸シフト手段を設けてあ
る。

【００５７】図１において、白色光源１を出た光は、ま
ず、フライアイレンズ等の光インテグレータ２により、
照度が均一化される。光インテグレータ２は、例えば、
２つのフライアイレンズと１つのコンデンサレンズによ
り構成されるが、偏光変換用のＰＢＳアレイを設けても
よい。次に、カラーホイール等の色分離装置３により、
赤、緑、青の３色に分離される。カラーホイールを用い
た場合、同時に赤、緑、青に分離されるのではなく、時
系列に赤、緑、青に分離される。次に、各色毎に偏光ビ
ームスプリッタ５に入り、空間光変調素子４の画素で反
射され、偏光ビームスプリッタ５を抜け、マイクロレン
ズ６に入る。マイクロレンズ６により、一旦、第１マイ
クロレンズアレイ７ａ面で画素の中間像が形成され、こ
の第１マイクロレンズアレイ７ａはフィールドレンズ的
に作用し、続く第２マイクロレンズアレイ７ｂによりこ
の中間像の画像プロファイルが変形され、最終的に投射
レンズ８により投影され、スクリーン９に高詳細画像が
変形された画素プロファイルによる投射画素の集合体に
より形成される。

【００５８】このとき、投射レンズ内には、光軸シフト
手段（図示せず）の強誘電性液晶を垂直配向した液晶セ
ルは、液晶液晶層の厚さが約１００μｍであり、これを
２組用い、さらにその２組の中間に、広帯域λ／２波長
板を設けて、水平方向２ステップ、垂直方向２ステップ
の合計４変位箇所の光軸シフトが可能な光軸シフト手段
とした。電極は、基板横方向に電界を印加する必要があ
るために、短冊状電極とその上に誘電厚膜層を形成し、
１〜４ｋＶの高電圧を両端に印加した。これにより、光
軸シフトを、一方向に５〜１０μｍ行うことができる。

【００５９】また、表示素子である空間光変調素子４と
しては、サブフィールド毎の光軸をシフトしながら画像
を表示できるよう、高速応答を実現するために強誘電性
液晶を用いたＬＣＯＳ（Ｌiquid Ｃrystal on Ｓｉ）を
使用した。空間光変調素子４の画素ピッチは、１３．２
μｍであり、ほぼ等倍のマイクロレンズ６は、倍率が１
３．２μｍが画素プロファイル変形素子７のマイクロレ
ンズ７ａ，７ｂのマイクロレンズピッチ１４．０μｍに
適合するように、結像位置関係を調節してＬＣＯＳのピ
ッチと、画素プロファイル変形素子７のマイクロレンズ
７ａ，７ｂの１４．０μｍのピッチとを一致させた。空
間光変調素子４としては、ＬＣＯＳ以外に高温多結晶シ
リコンを用いた透過型液晶ＬＶやＤＭＤ（デジタルイン
ストルメント社、米国）などを用いることもできる。た
だし、ＤＭＤを使う場合には偏光ビームスプリッタ５は
不要となる。また、マイクロレンズ６のＦ値を４．０と
して、投射レンズ８はＦ値２.４とした。

【００６０】また、図１に示す画素プロファイル変形手
段としての画素プロファイル変形素子７は、図２に示す
ように、２枚の第１マイクロレンズアレイ７ａと第２マ
イクロレンズアレイ７ｂとにより構成され、さらに第１
マイクロレンズアレイ７ａは、はその焦点距離が大きく
てよいことからマイクロレンズのパワーを小さくするた
めに樹脂埋め込みによる貼り合せ型マイクロレンズと
し、第２マイクロレンズアレイ７ｂは焦点距離が小さい
ことが好ましいので空気界面マイクロレンズとした。ま
た、第１マイクロレンズアレイ７ａと第２マイクロレン
ズアレイ７ｂとの調整は、各々のマイクロレンズアレイ
７ａ，７ｂに６軸ステージ（光軸方向：ｚ、それに垂直
な２方向：ｘ及びｙ、またｘ，ｙ，ｚ軸での回転：３
つ）を用いた。

【００６１】図２に示す貼り合せ型の第１マイクロレン
ズアレイ７ａは、マイクロレンズアレイ７ｃ、接着剤７
ｄ、透明のカバー部材７ｅからなる。材料としては、マ
イクロレンズ７ｃとカバー部材７ｅがガラスを用いた。
より具体的には、図２のマイクロレンズによる画素縮小
素子は、凸形状マイクロレンズをネオセラム（日本電気
硝子の結晶化透明ガラス）基板を、レジスト転写法によ
るドライエッチングで作製し、これを別の平板ネオセラ
ム基板とで低屈折率のＵＶ光硬化性接着剤（協立化学、
＃７７０２）を挟み込んで、ＵＶ照射により接着硬化さ
せて製作した。また、材料は、上記に限定されるもので
はなく、屈折率やエッチング特性や熱膨張率を適切に選
択すればよい。

【００６２】このとき、図１に示される投射画像装置の
スクリーン９上に観察されるサブフィールドでの投射画
素は、図２に示される画素プロファイル変形素子７によ
り変形された画素プロファイルを有する画素を投射レン
ズ８により拡大結像されたものである。このとき、第１
マイクロレンズアレイ７ａとＬＣＯＳ（空間光変調素子
４）及びマイクロレンズ６との相対位置と焦点距離、及
び第１マイクロレンズアレイ７ａに対する第２マイクロ
レンズアレイ７ｂの相対位置及び焦点距離を適切に制御
することにより、画素プロファイルを従来の矩形形状と
は異なる形状にすることにより、画素のエッジ付近の相
対光強度を減少することができるので、光軸シフトした
場合の隣接画素間の重なりの影響を低減され、画像の
「鮮鋭性」と「面とエッジの滑らかさ」とを同時に実現
した投射画像表示装置を実現できる。

【００６３】さらには、画素ピッチに対する画素プロフ
ァイルの半値全幅を従来の矩形形状のプロファイルの場
合よりも大きくできることにより、出射光光束の角度を
低減することができるので、投射レンズ８による出射光
光束のケラレが減少し、出射光光束の取り込みの光利用
効率が大きくて明るい投射画像表示装置が実現できる。
この出射光束角度の低減は、実効的な画素縮小の程度を
弱めた分に対応して画素単位とした場合の実効的な照明
面積が大きくなったことに相当し、このためこの画素単
位とした照明角度の増大が抑制されたことに基づく。

【００６４】画素のエッジ付近の相対光強度を減少する
ことができることにより、光軸シフトした場合の隣接画
素間の重なりの影響を低減させることができ、かつ、画
像の「鮮鋭性」と「面とエッジの滑らかさ」とを同時に
実現できることをより詳細に説明する。ＬＣＯＳのよう
な矩形形状の画素プロファイルを有する画素を投射レン
ズで投射した投射画像を形成する場合に、高ＭＴＦの投
射レンズを用いると、元の画素に対応した略矩形形状の
投射画素プロファイルを有する投射画素により、高解像
度を実現でき良好な「鮮鋭性」を実現できるが、「カタ
サ」、「ジャギー」、及び、「画像不連続性」が目立ち
「面とエッジの滑らかさ」が劣化した画像である。逆
に、低ＭＴＦの投射レンズを用いたり高ＭＴＦの投射レ
ンズの焦点をはずすことにより、元の画素の画素プロフ
ァイルに対応させないで矩形形状のエッジ部分やフラッ
ト部分に曲率をもたせたと投射画素プロファイルを有す
る投射画素により、「カタサ」、「ジャギー」、及び、
「画像不連続性」を低減させた「面とエッジの滑らか
さ」が良好な画像を実現できるが、これとトレードオフ
として「解像度」の劣化し「鮮鋭性」の低減した投射画
像しか実現できない。

【００６５】これは、画素のエッジ部分の出射光束の光
強度が、画素の中央部分と同じであるために、低いＭＴ
Ｆの場合には、画素のエッジ部分の出射光束が、低ＭＴ
Ｆの投射レンズに対応して比較的大きく拡がっている点
像関数に対応して隣接画素の領域まで広く拡がるためで
ある。この場合の隣接画素への出射光束の広がりは、最
隣接の１画素に限定されるわけではなく、最隣接画素を
１画素又は２画素おいた２画素目又は３画素目以上に拡
がる。これは、画素の直線開口率が５０％以下の開口の
場合も同様であり、光軸シフトした場合の画素間の隙間
を埋めることにより、画素間の隙間により生じる「カタ
サ」、「ジャギー」、及び、「画像不連続性」を低減さ
せるために低ＭＴＦレンズを用いた場合も、その隙間に
のみ画素の出射光束が拡がるのではなく、画素の中央部
分と同じ光強度を有する画素のエッジ部分の出射光束
が、最隣接の１画素、さらには最隣接画素を１画素又は
２画素おいた２画素目又は３画素目以上にまで拡がる。
これにより、「カタサ」、「ジャギー」、及び、「画像
不連続性」を低減させた「面とエッジの滑らかさ」が良
好な画像の実現と、「解像度」の高い「鮮鋭性」の良好
な画像を有する投射画像の実現とができない。

【００６６】しかしながら、本実施の形態は、ＬＣＯＳ
（空間光変調素子４）の矩形形状の画素プロファイルを
有する画素を、予め画素単位で設けた光学素子７により
画素プロファイルを非矩形形状（矩形形状と異なる形
状）に変形させ、その後にこの変形された画素プロファ
イルを有する画素を適切なＭＴＦの投射レンズ８により
投射して投射画像を形成しているので、画素の中央部分
と同じ光強度を有する画素のエッジ部分の出射光束の影
響を低減することができるようになり、従来の矩形形状
の画素プロファイルを有する画素の投射では困難であっ
た、「カタサ」、「ジャギー」、及び、「画像不連続
性」を低減させた「面とエッジの滑らかさ」が良好な画
像の実現と、「解像度」の高い「鮮鋭性」の良好な画像
を有する投射画像の実現とをできるようになる。

【００６７】より具体的には、矩形形状プロファイル
を、画素の中央部の光強度に対する画素のエッジ付近の
相対光強度を減少した画素プロファイルへ画素毎に設け
た光学素子７により変形することにより、投射レンズ８
の点像分布関数に基づいて隣接した画素へと拡がる画素
のエッジ付近の出射光束の影響を低減できることによ
る。

【００６８】さらに、この画素毎に設けた画素プロファ
イル変形素子７による画素プロファイルの変形は、投射
レンズ８により矩形形状の画素プロファイルが変形を受
けるのと異なる。これは、この画素プロファイルの変形
を、画素単位の光学素子により画素単位で光学的作用を
させているので、最隣接した画素には若干に影響を及ぼ
すものの、その光学作用が画素単位であるがゆえに、最
隣接画素を１画素又は２画素おいた２画素目又は３画素
目以上にまで拡がることを大きく減少することができる
ことによる。このために、隣接画素とのクロストークを
大きく低減することができる。

【００６９】また、画素に対して直線開口率が５０％よ
り大きい場合においても、画素ピッチに対する画素プロ
ファイルの半値全幅の相対値が７０％以下である場合に
は、画素のエッジの出射光束の影響が低減されているの
で、高い「解像度」と良好な「鮮鋭性」とを実現するこ
とができる。これは、画素をあまり縮小しなくてもよい
ことを意味し、この分に相当して出射光束の広がりを低
減できた分だけ、光利用効率を向上させることができ
る。これはＦ値に対応するので、この縮小率又は出射光
束角度の２乗で光利用効率を向上することもできるよう
になる。この場合の画素ピッチに対する画素プロファイ
ルの半値全幅の相対値は、好ましくは７０％以下であ
り、より好ましくは６０％以下である。

【００７０】また、図２に示す画素プロファイル変形素
子７により、画素プロファイルを非矩形形状（矩形形状
でない形状）に変形した画素を、図１に示す光軸シフト
素子を設けて高解像度化した投射画像表示装置におい
て、投射レンズ８によりスクリーン９に投射した場合、
その投射画素の画素プロファイルも非矩形形状で投射さ
れる。このとき、この非矩形形状の画素プロファイルを
有する投射画素に対して、投射画素ピッチに対する投射
画素プロファイルの半値全幅の相対値が７０％以下であ
る場合には、元の投射前の画素の場合と同様に、「カタ
サ」、「ジャギー」、及び、「画像不連続性」を低減さ
せた「面とエッジの滑らかさ」が良好な画像の実現と、
「解像度」の高い「鮮鋭性」の良好な画像を有する投射
画像の実現とができた。これは、非矩形形状の画素プロ
ファイルを有する投射画素を投射した投射画素の投射画
素プロファイルが、従来の矩形形状の画素プロファイル
を有する画素を投射した投射画素の投射画素プロファイ
ルと異なり、同じＭＴＦの投射レンズを用いた場合にお
いて、元の画素プロファイルに対応して、投射画素のエ
ッジ付近の投射光が、隣接した画素の投射光と重なって
クロスークとなる光強度が小さいことによる。

【００７１】図３に、図１及び図２に示す構成の投射画
像表示装置において表示された非矩形形状の画像の投射
画素の投射画素プロファイルの一例を示す。図３におい
て、横軸をスクリーン上での相対位置、縦軸を相対光強
度とし、横軸はｍｍ単位であり９点が１画素の長さに相
当し、縦軸は任意単位である。図３が示すように、投射
画素の画素プロファイルは、元の矩形形状の画素プロフ
ァイルが画素プロファイル変形素子により矩形形状とは
異なる画素プロファイルに変形されために、従来の矩形
形状の画素プロファイルの画素を投射した投射画素の投
射画素プロファイルと場合と全く異なる形状をしてお
り、このために従来の投射画素とは異なり、「カタ
サ」、「ジャギー」、及び、「画像不連続性」を低減さ
せた「面とエッジの滑らかさ」が良好な画像の実現と、
「解像度」の高い「鮮鋭性」の良好な画像を有する投射
画像の実現とが可能となる。

【００７２】このような画素プロファイル変形素子７に
より変形した画素プロファイルによる投射画素の画素プ
ロファイルは、投射レンズ８をそのまま用いてスクリー
ン９面に設けたＣＣＤに直接投射する方法により測定し
た。また、画素プロファイル変形素子７により変形した
し画素プロファイル自体を同時に測定した。この測定に
際しては、投射レンズ８のかわりに顕微鏡を配置して、
この顕微鏡の結像面に設けたＣＣＤに入射させる方法に
より測定した。このとき、顕微鏡により測定した画素プ
ロファイルは、投射レンズ８のＮＡと顕微鏡対物レンズ
のＮＡを、光学的に一致させることにより、同じ出射角
で評価した。また、投射レンズ８のＭＴＦは、像高によ
り変化するので、光軸で主に評価した。実際には、投射
レンズ８のＭＴＦを必要な画素プロアイル変形に併せて
像高の影響も含めて最適に設計、評価することが好まし
い。

【００７３】＜実施の形態２＞図４は、本発明の画素プ
ロファイル変形素子１０をＬＣＯＳと一体化した実施の
形態２の構成を示したものである。図４において、１１
はシリコン基板、１２は液晶層、１３は中間基板、１４
は接着剤層、１５はマイクロレンズ基板、１６はマイク
ロレンズ基板に形成された凸形状、１７、１８、１９
は、各々図中の位置Ａ、Ｂ、及びＡ′における画素プロ
ファイルに相当する光束の光強度分布である。

【００７４】図４において、シリコン基板１１には、Ｌ
ＣＯＳのバックプレーンであり、ＣＭＯＳによるアクテ
ィブ素子と反射電極が画素毎に形成されており、ＩＴＯ
（図示せず）を設けている中間基板１３とに挟まれた液
晶層１２に電界を印加することにより、液晶層１２によ
る偏光照明光と偏光分離手段を用いて画素単位での反射
型空間光変調を行うことができる。また、マイクロレン
ズ基板１５に形成された凸形状１６を接着剤層１４を用
いて中間基板１３と貼り合せることにより貼り合せ型の
マイクロレンズが画素毎に形成されており、このマイク
ロレンズとシリコン基板１１上に形成した反射電極とに
より画素プロファイル変形素子１０を構成している。

【００７５】図４の左側より入射した点線で示される偏
光照明光である入射光光束は、画素プロファイル変形素
子１０に入射した位置である位置Ａにおいては、予め均
一照明にされているので矩形形状の画素プロファイルを
有する。この後、画素プロファイル変形素子１０を通過
してシリコン基板１１の鏡面に入射した位置である位置
Ｂにおいては、元の矩形形状の画素プロファイルが若干
に変形されて丸みを帯びた画素プロファイル形状とな
る。さらに、このシリコン基板１１の鏡面で反射されて
再び画素プロファイル変形素子１０に入射した位置であ
る位置Ａ′においては、画素の周辺のエッジの相対光強
度を小さくでき、かつ、そのときの半値全幅は元の画画
素の半値幅より小さくなるような画素プロファイルに変
形される。この画素プロファイル変形素子１０を透過し
て出射光光束となった画素に対応した光束は、その後も
空中像的に画素プロファイルはその光軸方向の位置によ
り変化する。

【００７６】このとき、この画素プロファイル変形素子
１０と一体化したＬＣＯＳを、図１に示した実施の形態
１のＬＣＯＳと交換し、かつ、マイクロレンズ６と画素
プロファイル変形素子７を省略し、かつ、投射レンズ８
を交換した図４のＬＣＯＳとスクリーン９が共役となる
結像関係の位置に配置することにより、矩形形状ではな
い画素プロファイルを有する画素を投射させた投射画素
を得ることができ、図１の実施の形態１と同様に、「カ
タサ」、「ジャギー」、及び、「画像不連続性」を低減
させた「面とエッジの滑らかさ」が良好な画像の実現
と、「解像度」の高い「鮮鋭性」の良好な画像を有する
投射画像の実現とが可能になる。

【００７７】＜実施の形態３＞図５（ａ）は、本発明の
実施の形態３となる、本発明の画素プロファイル変形素
子をＬＣＯＳと一体化した図１に示した実施の形態１の
構成における画素プロファイル変形素子７を用いた場合
の、スクリーン９上の投射画素からなる投射画像につい
て光学設計評価ツールを用いて計算した結果の一例であ
る。

【００７８】図５（ａ）は、例えば、「薔薇」の文字を
表示した投射画像を示し、縦方向に約３０の格子状模様
が確認にでき、この一つの格子に対応したピッチが元の
ＬＣＯＳの画素ピッチに対応し、画素プロファイル変形
素子７により画素プロファイルが変形された後、光軸シ
フト素子によりその光学的位置を時分割で変位させられ
ると同時に、投射レンズ８により投射されてスクリーン
９に投射画素を結像させる。このとき、フィールドは４
つのサブフィールドにより合成され、光軸シフト素子
は、２×２の画素数の４倍の増大を行う光軸シフト素子
である。

【００７９】図５（ａ）のスクリーン９上の投射画像
は、また、図１に示したような構成に対して、試作機を
製作して、スクリーン９面上に配置したＣＣＤ及び投射
レンズ８の代わりに配置した顕微鏡とＣＣＤによる評価
を行うと同時に、スクリーン９上での投射画素からなる
投射画像を光学設計評価ツールを用いて計算により評価
した。

【００８０】光学設計評価ツールとしては、米国オプチ
カルリーサチアソシエート社のモンテカルロ法に基づく
ノンシーケンシャル光線追跡解析が可能なライツールズ
（第３．２版）を用い、光線数は約２０〜５０万本とし
た（１ＧＨｚのＣＰＵを用いて約５０〜１００分間の計
算量）。光線追跡は、計算の負担を減じるために、特定
の領域の複数の画素についてのみ実行し、別途の自作の
計算評価ツ−ルによりライトツールズで得られた評価結
果をコンボルーションすることによりスクリーン面での
広い領域での光強度分布を計算し、評価した。また、最
高光強度値が一定値となるように正規化してあるが、こ
のために平均値が一定であるとは限らない。モデリング
に際しては、高圧水銀ランプの放出光の面積分布及び角
度分布も考慮し、高圧水銀ランプは、ウシオ社の１５０
Ｗ級のＤＣ放電ランプの値を基とし（アーク長１．１〜
１．２ｍｍ）、さらに実験値との整合を図った。投射レ
ンズは、実際に試作した投射レンズ以外にも、別途、米
国オプチカルリーサチアソシエーション社のシーケンシ
ャル光線追跡解析が可能なコード５（第８．６版）を用
いて設計し、種々の評価を行った。

【００８１】さらに、投射された画像に対する画像評価
を、試作機による投射画像に対して直接に行うと同時
に、光学設計評価ツールを用いて評価した投射画像を、
ＵＸＧＡを表示可能なＬＣＤとＣＲＴを用いて、１０×
１０画素〜２０×２０画素を一組の新たな１画素とし
て、特定の画素プロファイルを有した画像として製作
し、その観察位置を変化させながら、階調性を確保して
画素プロファイルを保存したまま複数の観察者に対し
て、７６〜２００ｐｐｉの解像度に対応した状態で、主
観評価を行った。

【００８２】投射画像の画素プロファイル及びその投射
の元となる画素プロファイルを変形された直後の画素プ
ロファイルに対する数値評価としては、ＣＴＦと半値全
幅（ＦＷＨＭ）を主とした評価値とした。画素プロファ
イルを変形した画素に対して光軸シフト素子よりその光
学的位置を変位させる場合の半値全幅とＣＴＦの定義
を、以下に記す。

【００８３】図６は、半値全幅の定義を示すものであ
る。図６において、第１〜第４のサブフィールドＳ１〜
Ｓ４のうち、第１のサブフィールドの画素Ｓ１ａ，Ｓ１
ｂが明表示（白表示）で、第４のサブフィールドの画素
Ｓ４ａ，Ｓ４ｂは暗表示（黒表示）とし、画素Ｓ１ａか
ら画素Ｓ４ｂを通過する一点鎖線位置のプロファイルの
断面を図６（ｂ）に示している。このとき、半値全幅は
画素ピーク強度の半分の値の幅Ｗを全てのサブフィール
ドが投射された画素周期Ｐで規格化した値（Ｗ／Ｐ）
［％］で表すことにする。

【００８４】図７は、ＣＴＦの定義の概念を示し、横軸
は画素又は投射画素の光軸と垂直な方向の相対位置であ
り、縦軸は画素又は投射画素の光強度である。図７に示
すように、空間光変調素子への画像入力がライン状に
白、黒を繰り返す場合に、画素又は投射画像は黒レベル
が浮き上がる。投射画像強度の最大値をＰ１、最小値を
Ｐ０とすると解像性能を示すＣＴＦを ＣＴＦ＝（Ｐ１−Ｐ０）／（Ｐ１＋Ｐ０）＊１００［％］ ……（１） と定義する。これは、空間伝達関数であるＭＴＦに対応
するものであるが、元が空間光変調素子による矩形形状
のライン＆スペースであることが、実際の空間周波数と
そのフーリエ展開による成分の周波数とは異なる。

【００８５】図８には、画素プロファイル変形素子と光
軸シフト素子とを用いた場合のＣＴＦの定義を示す。図
８中に実線で示すプロファイル1は第１のサブフィール
ドＳ１の画素Ｓ１ａ，Ｓ１ｂが明表示である時のプロフ
ァイルで、一点鎖線で示すプロファイル２は第４のサブ
フィールドＳ４の画素Ｓ４ａ，Ｓ４ｂのプロファイルで
ある。画素Ｓ１ａの隣接画素に当たる画素Ｓ４ａと交わ
る部分（図８中の矢印部分）の強度を「裾野強度」と呼
ぶことにし、以下、裾野強度は画素の最大強度で規格化
した値とする。裾野強度が小さいほど投射画像のＣＴＦ
は高くなることになる。

【００８６】このとき、図５（ａ）に示す投射画像は、
ＣＴＦ４０かつ半値全幅５０である（％表記は省略）。
図５（ａ）が示すように、１０画素及び１２画素という
少ない画素数の平方からなる文字の解像度であるにもか
かわらず、「薔薇」の字を容易に判読することができ
る、高い「解像度」と良好な「鮮鋭性」を有する投射画
像であることが分かる。一方で、白地や黒線の連続性が
一様であり、「面とエッジの滑らかさ」の良好な投射画
像でもあることが分かる。

【００８７】ちなみに、図５（ｂ）（ｃ）に比較例１，
２を示す。図５（ｂ）（ｃ）は各々ＣＴＦ４０かつ半値
全幅３０、及び、ＣＴＦ８０かつ半値全幅５０の場合
の、実施の形態１に相当する投射画像である。実施の形
態１の結果を示す図５（ａ）と、比較例１，２を示す図
５（ｂ）（ｃ）とを比較して分かるように、実施の形態
１が比較例１，２よりも、高い「解像度」と良好な「鮮
鋭性」を有すると同時に、「面とエッジの滑らかさ」が
良好な投射画像であることが分かる。

【００８８】＜参考例１＞図９（ａ）は、投射画像の画
像品質に対する主観評価の項目を説明するための投射画
像の一例となる参考例１である。図９（ａ）は、図１に
示した本発実施の形態１の構成により投射した画素プロ
ファイル変形素子７と光軸シフト素子を組み合わせた場
合のスクリーン９面に配置したＣＣＤで測定した投射画
像の一例である。図９（ａ）において、「Ｒ」（＋
「Ｉ」）の文字を、通常の画像評価に用いた黒文字では
なく、説明のため、ビーム形状をみやすくするために、
白黒反転の白文字で表示した場合を表示させたものを表
示した。この「Ｒ」文字は、画素プロファイル変形素子
により元の画素ピッチの約１／３の半値全幅となるよう
画素プロファイルを変形させ、かつ、２×２の光軸シフ
ト素子により、画素数が２×２倍の４倍となる高解像度
化を実現している。

【００８９】このとき、光軸シフト素子を用いない１６
画素の画素数の平方の画素数からなる文字と比較して、
２倍の３２画素の平方の画素数により「Ｒ」を表示して
いるので、この投射画像は、高い「解像度」であり、か
つ、「鮮鋭度」の良好な投射画像である。しかしなが
ら、画素の半値全幅が小さいために、「Ｒ」を構成する
太い白線に「面の滑らかさ」が欠ける点で視認性が若干
に劣る投射画像である。同様に、「エッジの滑らかさ」
も階調制御により改善しているものの若干に不十分な投
射画像である。ただし、このような不具合は、ＣＴＦを
変化させることで、改善できる範囲ではある。

【００９０】＜参考例２＞図９（ｂ）は、投射画像の画
像品質に対する主観評価の項目を説明するための投射画
像の他の一例となる参考例２である。図９（ｂ）は、図
１に示したような本実施の形態１の構成中から画素プロ
ファイル変形素子７と光軸シフト素子を省略して投射し
た場合のスクリーン９面に配置したＣＣＤで測定した投
射画像の一例である。図９（ｂ）において、「Ｒ」（＋
「Ｉ」）の文字が、１６画素の画素数の平方の画素数か
らなる文字により表示されているので、低い「解像度」
と「鮮鋭度」が劣化しているのは当然ながら、矩形形状
の画素を投射しているので、十分に遠くから観察して評
価したとしても、「カタサ」、「ジャギー」が目立つ画
像である。ただし、白地及び黒字に関しては十分に良好
な「面の滑らかさ」を有する。

【００９１】＜実施の形態４＞表１に、実施の形態３の
図５と同様に、評価用の投射画像を計算及び実験により
形成し主観評価した場合の総合結果を示す。評価用の投
射画像は、画素プロファイル変形素子の光学特性を変化
させると同時に、投射レンズの位置や特性も変化させ
て、最適化した上で評価した。

【００９２】

【表１】

【００９３】表１において、◎は最良、○良、△可、×
不可を示し、−は未評価を示す。主観評価は、評価用の
投射画像を１０人の観察者に対して系列範疇法である５
段階の尺度をもとに行い、４．５以上を◎、４以上を
○、３以上を△、３未満を×とした。５段階の尺度とし
ては、非常によい、よい、普通、悪い、非常に悪い、の
尺度を用い、主に画像の「面と線の滑らかさ」に関する
指標である画像の「ジャギー」、「カタサ」、また主に
画像の「解像度」に関する指標である画像の「鮮鋭
度」、さらには「粒状感」に関して複数の評価を行っ
た。

【００９４】実施の形態４は、画素数を４倍（縦２倍，
横２倍）にする場合に関する結果であるが、画素数を９
倍（縦３倍，横３倍）にした場合、この値では大きくな
ってしまう。なぜなら、プロファイルが裾野を引いた形
状であるため、画素間で重なりが生じ、ＣＴＦが劣化
し、画質が劣化するからである。光軸シフト素子により
光軸をシフトする水準が、２つ以外で、３つ以上のｎ個
である場合は、０．７×２／３倍の画素サイズ縮小率で
あることが好ましい。これにより、２倍の光軸シフトと
同様のコンボルーションの画像を得ることができ、３倍
及び４倍の光軸シフトにおいても、隣接する画素間のク
ロストークによる解像度の劣化を低減することができ
る。

【００９５】表１から分かるように、矩形形状でない画
素プロファイルに画素プロファイルを変形した場合に
は、半値全幅が最大で７０の場合でも良好な投射画像が
得られることが分かる。また、ＣＴＦが４０％以上であ
っても良好な投射画像が得ることが分かる。より好まし
くは、ＣＴＦが４０％以上８０％以下であり、さらに好
ましくはＣＴＦが５０％以上７０％以下である。また、
半値全幅が最大で７０％以下、かつ、ＣＴＦが５０％以
上の場合には非常に良好な投射画像が得られることが分
かる。また、表１には記載していないが、半値全幅を５
０％より大きくすることにより、画像品質はほとんど劣
化させないながらも光利用効率を大きく向上することが
できるので、半値全幅が５０％より大きいことは、明る
い画像を得る点からより好ましい。

【００９６】＜実施の形態５＞図４に示した構成のＬＣ
ＯＳと一体となったマイクロレンズアレイによる画素プ
ロファイル変形素子１０の場合に、透明基板１１の厚さ
をｔ、曲率半径をｒとし、接着剤層１４は屈折率１．４
で厚さは４μｍとした。より詳細には表２のモデルＡが
本実施の形態５である。この画素縮小光学系を用いたと
きの投影面上のＣＴＦ及び半値全幅、光学系の光利用効
率を光線追跡シミュレーションで求めた。以下の比較例
であるモデルＢ，Ｃも表２に記載する。

【００９７】

【表２】

【００９８】比較例のモデルＢ，Ｃは、投射面での画素
が半分、即ち、半値全幅が５０％程度となる画素プロフ
ァイル変形素子である以外は、実施の形態５と同様であ
る。モデルＢ，Ｃに比べるとモデルＡは光利用効率が同
じ位にもかかわらず解像性能を表すＣＴＦが高いことが
分かる。また、半値全幅が５０％より大きくても良いと
いうことは画素縮小光学系設計への負担が減り、従っ
て、解像性能と光利用効率をともに高めることができ
る。

【００９９】＜実施の形態６＞図４の構成において、マ
イクロレンズ（凸形状１６）と透明基板１１の屈折率ｎ
と、透明基板１１の厚さｔと、マイクロレンズ（凸形状
１６）の曲率半径ｒを表３のモデルＤに記載の画素縮小
光学系とする。この実施の形態において画素縮小光学系
の光利用効率は８３％程度ある。比較例として表３にモ
デルＢ，Ｃのデータも併記している。表３と表１とか
ら、投射画像の解像性能（ＣＴＦ）が必ずしも高くなく
ても良好な投射画像が得られ、ＣＴＦと光利用効率はト
レードオフの関係にあるため、ＣＴＦが４０％以上であ
れば低めの性能に抑えておけば光学系の光利用効率が高
い投射画像表示装置を提供できる。

【０１００】

【表３】

【０１０１】＜実施の形態７＞本実施の形態では、半値
全幅７０％以内、かつ、裾野強度ＣＴＦ≧５０％の場合
について説明する。

【０１０２】図４の構成において、マイクロレンズ（凸
形状１６）と透明基板１１の屈折率ｎと、透明基板１１
の厚さｔと、マイクロレンズ（凸形状１６）の曲率半径
ｒを表４のモデルＦに記載の画素縮小光学系とする。モ
デルＦは投射画素プロファイルの半値全幅が７０％以内
で投射画像のＣＴＦ≧５０％を満たす一例である。

【０１０３】比較例として、表４にモデルＧを併記す
る。モデルＧでは半値全幅が７０％以上となる例で縮小
効果が小さい分、光利用効率が高いが、その反面、投射
画像の解像性能ＣＴＦが非常に小さくなる。

【０１０４】投射画像のＣＴＦが５０％ということは、
式１よりＰ０／Ｐ１＝０．３３、即ち、隣接画素と交わ
る部分の相対強度が３３％であることを示す。従って、
本実施の形態のように、半値全幅が７０％以内、かつ、
裾野強度が３３％以内となるプロファイルが得られる光
学系によって、投射面上で解像性能と光利用効率のバラ
ンスの良い投射画像表示装置が得られる。

【０１０５】より好ましくは、半値全幅が３０％から７
０％以内で、裾野強度が３３％以内であることが望まし
い。この条件ではジャギーも目立ちにくくなる。

【０１０６】

【表４】

【０１０７】＜実施の形態８＞図１０に、矩形状の画素
プロファイルの画素を、画素の中心付近に凹形状を有す
る画素プロファイルに変形した画素プロファイルの一例
を、実施の形態８として示す。本実施の形態においてス
クリーンに投射された各画素のプロファイルは図１０に
示すように、画素の周辺、即ち、同図横軸の相対位置と
なる−０．１以上及び０．１未満で強度が落ち込んでい
る。光軸シフト素子によって画素をずらし、最大空間周
波数となる画像、即ち、隣接画素がＯＮ，ＯＦＦを繰り
返す表示画像の場合、スクリーンでのプロファイルを計
算すると図１１に示す通りになる。投射される一画素の
プロファイルの周辺強度が低下する場合、最大空間周波
数となる画像を表示しても良好な画像が得られる。

【０１０８】矩形状でない上に、中央部に凹がある特殊
な形状の画素プロファイルを、元の画素又はスクリーン
上の画素で実現し、かつ、その形状を適切に制御するこ
とにより、より高い解像度と滑らかな画像による良好な
視認性、さらには高い光利用効率を実現することができ
る。

【０１０９】これは、２山の形状と同じであるが、両端
に強いパワーが配分されており、元の画素の光強度がエ
ッジと画素中央の両端側で、かつ、エッジよりも内側に
集中されていることになる。さらには、１つの画素の中
央部の凹部の与える空間周波数は高く、投射レンズのＭ
ＴＦや観察者のＭＴＦが小さい空間周波数となり、ＣＣ
Ｄでは測定できるが、実際の主観評価では視認性が低
く、その点は問題とならない。このため、従来の矩形状
よりは、エッジの肩の部分が曲率を有しているので、隣
接した画素間が重なったとしても、エッジが立ち上がっ
て、視認性が悪くなることもない。一方、従来の矩形プ
ロファイルの場合のように、２つの山のピークが画素の
輝度の平坦な視認性を与え、かかる凹は小さすぎて判断
できないので、重ならない画素部分は平坦な輝度の良好
な画素と視認される。さらに、中央部の凹部の光エネル
ギーが、２つの山部分となり、光軸シフトした場合の重
ならない画素間の隣接部分のエッジ付近とすることよ
り、滑らかさと同時に、鮮鋭さも実現して、高い解像度
を実現できる。また、矩形画投射レンズによりなまる
と、中央部を凸として、両肩のエッジが落ちて、正弦的
になる傾向に対して、２つ山の凹部がある画素プロファ
イルは、両肩のエッジが落ちる比率に対して、中央部が
凸になる比率が、小さく、ＭＴＦ劣化の影響を受けにく
い。

【０１１０】図１２（ａ）（評価○）、図１２（ｂ）
（評価○）、図１２（ｃ）（評価△）、は本発明の実施
の形態３の場合と同様に、画素プロファイル変形素子を
ＬＣＯＳと一体化した図１に示した実施の形態１の構成
における画素プロファイル変形素子７を用いた場合の、
スクリーン９上の投射画素からなる投射画像を光学設計
評価ツールを用いて計算した結果の一例である。図１２
（ａ）（ｂ）を直接に比較すると、「解像度」及び「鮮
鋭度」はほぼ同じであるが、白地の滑らかさでは図１２
（ａ）の方がより良好であり、凹形状を有する方が、同
じＣＴＦでは「面の滑らかさ」を良好にすることができ
ることが分かる。これは、解像度が劣化するものの、図
１２（ｃ）でも同様である。

【０１１１】表５に、実施の形態４の表１の場合と同様
に、評価用の投射画像を計算及び実験により形成し主観
評価した場合の総合結果を示す（最良及び良好な画像と
評価される「凹部」強度の下限値［％］）。表５におい
て、評価用の投射画像は、画素プロファイル変形素子の
光学特性を変化させると同時に、投射レンズの位置や特
性も変化させて、最適化した上で評価した。

【０１１２】

【表５】

【０１１３】このとき、表５に示されるように、凹部の
強度は、好ましくは、ピーク強度の４０％以上であれば
良好な画像が得られる。さらに、より好ましくは、ピー
ク強度の８０％となるように投射画素プロファイルとす
ると高解像で光利用効率の高い投射画像表示装置とな
る。しかしながら、逆にピーク強度が１００％である
と、「画像の滑らかさ」が劣化する。このため、ピーク
強度は、９５％以下であることが好ましく、より好まし
くは９０％以上であり、さらにより好ましくは８０％以
下である。

【０１１４】＜実施の形態９＞先述の画素プロファイル
のシミュレーション結果（表５）から、画素プロファイ
ルは、半値全幅が概ね６０％以内であれば画素中央の凹
みをもっていても良好な投射画像が得られる。さらに、
中央の凹み部分が最大強度の８０％程度の画素プロファ
イルの場合には、半値全幅が７０％以内でも良好な投射
画像が得られる。

【０１１５】本実施の形態９では、一実施例として、図
４の構成におけるマイクロレンズ（凸形状１６）と透明
基板１１の屈折率を１．７５、透明基板１１の厚さを１
５μｍ、マイクロレンズ（凸形状１６）の曲率半径を１
０μｍとして、１画素又は１ラインを表示したときの投
射面上のプロファイルを光線追跡計算によって調べた。
図１０はこの結果を示す。図１０は横軸が投射面上の位
置、縦軸は投射画像の強度を表している。本実施例で投
射面上の画像は表６に示す特性が得られる。画素中央の
強度はピークの５６％程度である。好ましくは、画素中
央の強度はピークの４０％以上となる凹形状のプロファ
イルであれば、ウォブリングをした時の最大空間周波数
となる画像で、より良好な画像が得られる。

【０１１６】

【表６】

【０１１７】これまでの比較例等と比べて遜色無い特性
が得られる。また、表５の結果から、投射画像の半値全
幅が５０％程度であれば隣接画素と交わる部分の強度に
左右されず、画素中心付近の強度は０まで落ち込んでい
ても良いことになる。

【０１１８】＜実施の形態１０＞本実施の形態１０とし
ては、表２中のモデルＡ、表３中のモデルＤ、表４のモ
デルＦ、表６中のモデルＨに示すマイクロレンズアレイ
を画素縮小光学系として用いたものであり、これによっ
て、良好な投射画像が得られる。各実施の形態では空間
光変調器の近傍や空間変調器そのものに画素縮小光学系
を設置しているが、特にこれらの構成にこだわる必要は
無く、マイクロレンズアレイと空間光変調器の間にマイ
クロレンズを配置した構成であっても良い。

【０１１９】＜実施の形態１１＞図１３に本発明の実施
の形態１１の構成例を示す。本実施の形態の画素プロフ
ァイル変形手段２１は、図１３に示すように、画素縮小
光学系に空間光変調器の画素ピッチに対応した屈折率分
布型レンズアレイ２２を用いて構成したものである。２
３は液晶層、２４は平坦化層、２５はバックプレーンで
ある。投射画素のプロファイルが前述した各実施の形態
の場合と同様な範囲になるように屈折率分布型レンズア
レイ２２を設計することによって、良好な画像が得られ
る。本実施の形態の場合も、空間光変調器と屈折率分布
型レンズアレイ２２との間にマイクロレンズを配置した
構成であっても良い。

【０１２０】＜実施の形態１２＞図１４に本発明の実施
の形態１２の構成例を示す。本実施の形態の画素プロフ
ァイル変形手段３１は、図１４に示すように、空間光変
調器として反射型液晶素子を用いており、透明基板３２
と液晶層３３とバックプレーン３４からなり、バックプ
レーン３４は液晶を駆動するためのＴＦＴなどが集積さ
れている。従来の反射型液晶素子（特にＬＣＯＳと呼ば
れる液晶素子）ではバックプレーンの最表層は反射板で
ある。本実施の形態１２ではこの反射板が凹面ミラーア
レイ３５で構成され、凹面ミラーアレイ３５と液晶層３
３とは平坦化層３６を介して構成される。液晶素子とし
て構成要素として、透明電極、配向膜などが適宜必要で
あるが、画素縮小光学系の説明のためにはこれらの詳細
な説明は不要であるため図１４では省略している。

【０１２１】図１４において、平坦化層３６の屈折率を
１．５２とし、凹面ミラーアレイ３５の曲率半径を１５
０μｍとする。液晶層３３の厚さや透明基板３２の厚さ
は本実施の形態の効果に大きな影響を及ぼさないため、
説明を省略する。本実施の形態１２の構成で光線追跡計
算したところ表７に示す特性が得られた。表１、表７の
結果から、本実施の形態１２によれば、高効率で、高解
像な投射画像が得られることが分かる。

【０１２２】

【表７】

【０１２３】＜実施の形態１３＞図１５は本発明の実施
の形態１３の構成例を示し、画素縮小光学系を開口アレ
イにより構成したものである。即ち、本実施の形態１３
は、空間光変調器４１として反射型液晶素子を用いてお
り、画素縮小光学系が液晶層４２部分もしくは液晶層４
２近傍に開口４３を制限する遮蔽部４４及びマイクロレ
ンズ４５とで構成される。４６は透明基板、４７はバッ
クプレーンである。通常、液晶素子は開口率を高くする
工夫がなされているが、本実施の形態では逆に開口率を
積極的に下げることで空間光変調器４１自体の画素の大
きさを小さくする。

【０１２４】表８は遮蔽部４４の面積を変えて３通り計
算した結果である。開口率を６０％にすれば投射画像の
解像性能を示すＣＴＦは１００％、即ち、ウォブリング
された隣接画素と交わらない。

【０１２５】

【表８】

【０１２６】本実施の形態１３の投射画素プロファイル
の半値全幅は７８％程度であり、表１によると良好では
ない画像（半値全幅が８０％以上）に近い。しかし、表
８でＣＴＦが高いため、高解像度な画像が得られる。

【０１２７】

【発明の効果】本発明によれば、光軸シフト素子を用い
て画素の増大を図り高解像度化する投射画像表示装置に
おいて、「解像度」と「鮮鋭性」を確保し、かつ、「カ
タサ」、「ジャギー」、及び、「画像不連続性」を低減
させることにより「面とエッジの滑らかさ」を実現し、
さらには光利用効率の向上させた明るい投射画像表示装
置を実現できる。

【０１２８】請求項１記載の発明によれば、非矩形形状
の画素プロファイルにより画素のエッジ付近の相対光強
度を減少させることができるので、光軸シフトした場合
の隣接画素間の重なりの影響を低減させることができ、
画像の「鮮鋭性」と「面とエッジの滑らかさ」とが両立
する投射画像表示装置を実現できる。また、画素プロフ
ァイルの半値全幅を画素ピッチに対する相対値をより大
きくすることで出射光光束の角度を低減させることがで
きるので、投射レンズによる出射光光束のケラレが減少
し、出射光光束の取り込みの光利用効率が大きくて明る
い投射画像表示装置を実現できる。

【０１２９】請求項２記載の発明によれば、画素のエッ
ジ付近の相対光強度を減少させながらも画素中心付近の
相対光強度の均一性を向上させることができるので、光
軸シフトした場合の隣接画素間の重なりの影響を低減さ
せることができると同時に、１画素面内での光強度の均
一性を向上させることができ、画像の「鮮鋭性」と「面
とエッジの滑らかさ」とを同時により向上させ得る投射
画像表示装置を実現できる。また、画素プロファイルの
半値全幅を画素ピッチに対する相対値をさらにより大き
くすることで、より出射光光束の角度を低減させること
ができるので、投射レンズによる出射光光束のケラレが
より減少し、出射光光束の取り込みの光利用効率がより
大きくてより明るい投射画像表示装置を実現できる。

【０１３０】請求項３記載の発明によれば、画素のエッ
ジ付近の相対光強度をより減少させることができるの
で、光軸シフトした場合の隣接画素間の重なりの影響を
より低減させることができ、画像の「鮮鋭性」と「面と
エッジの滑らかさ」とを同時、かつ、より一層向上させ
得る投射画像表示装置を実現できる。

【０１３１】請求項４記載の発明によれば、画素プロフ
ァイルの半値全幅を画素ピッチに基づく光軸シフト量よ
りも大きくすることで、出射光光束の角度をより一層低
減させることができるので、投射レンズによる出射光光
束のケラレをより一層減少させることができ出射光光束
の取り込みの光利用効率をさらにより大きくしてさらに
より明るい投射画像表示装置を実現できる。

【０１３２】請求項５記載の発明によれば、光軸シフト
した場合の最隣接画素の中心付近へのクロストークの影
響をより減少させることができるので、光軸シフトした
場合の隣接画素間の重なりの影響をより低減させること
ができ、画像の「鮮鋭性」と「面とエッジの滑らかさ」
とを同時、かつ、より一層向上させ得る投射画像表示装
置を実現できる。

【０１３３】請求項６記載の発明によれば、光軸シフト
した場合の最隣接画素の中心付近へのクロストークの影
響をより減少させることができると同時に画素のエッジ
付近の相対光強度をより減少させることができるので、
光軸シフトした場合の隣接画素間の重なりの影響をより
一層低減低減させることができ、画像の「鮮鋭性」と
「面とエッジの滑らかさ」とを同時、かつ、さらにより
一層向上させ得る投射画像表示装置を実現できる。

【０１３４】請求項７記載の発明によれば、画素のエッ
ジ付近の相対光強度を減少させながらも画素中心付近の
相対光強度の均一性を向上させることができるので、光
軸シフトした場合の隣接画素間の重なりの影響をより低
減させることができると同時に１画素面内での光強度の
均一性を向上させることができ、画像の「鮮鋭性」と
「面とエッジの滑らかさ」とを同時、かつ、さらにより
一層向上させ得る投射画像表示装置を実現できる。

【０１３５】請求項８記載の発明によれば、画素のエッ
ジ付近の相対光強度をより減少させることができるの
で、光軸シフトした場合の隣接画素間の重なりの影響を
より低減させることができ、画像の「鮮鋭性」と「面と
エッジの滑らかさ」とを同時、かつ、より一層向上させ
得る投射画像表示装置を実現できる。

【０１３６】請求項９記載の発明によれば、画素プロフ
ァイルの半値全幅を画素ピッチに基づく光軸シフト量よ
りも大きくすることで、出射光光束の角度をより一層低
減させることができるので、投射レンズによる出射光光
束のケラレをより一層減少させることができ、出射光光
束の取り込みの光利用効率をさらにより大きくしてさら
により明るい投射画像表示装置を実現できる。

【０１３７】請求項１０記載の発明によれば、光軸シフ
トした場合の最隣接画素の中心付近へのクロストークの
影響をより減少させることができるので、光軸シフトし
た場合の隣接画素間の重なりの影響をより低減させるこ
とができ、画像の「鮮鋭性」と「面とエッジの滑らか
さ」とを同時、かつ、より一層向上させ得る投射画像表
示装置を実現できる。

【０１３８】請求項１１記載の発明によれば、光軸シフ
トした場合の最隣接画素の中心付近へのクロストークの
影響をより減少させることができると同時に画素のエッ
ジ付近の相対光強度をより減少させることができるの
で、光軸シフトした場合の隣接画素間の重なりの影響を
より一層低減させることができ、画像の「鮮鋭性」と
「面とエッジの滑らかさ」とを同時、かつ、さらにより
一層向上させ得る投射画像表示装置を実現できる。

【０１３９】請求項１２記載の発明によれば、画素のエ
ッジ付近の相対光強度を減少させながらも画素中心付近
の相対光強度の均一性を向上させることができるので、
光軸シフトした場合の隣接画素間の重なりの影響をより
低減させることができると同時に１画素面内での光強度
の均一性を向上させることができ、画像の「鮮鋭性」と
「面とエッジの滑らかさ」とを同時、かつ、さらにより
一層向上させ得る投射画像表示装置を実現できる。

【０１４０】請求項１３，１４，１５及び１６記載の発
明によれば、光軸シフトを用いた投射画像表示装置の高
解像度化のための画素プロファイル変形手段の好適な構
成を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１を示す投射画像表示装置
の概要図である。

【図２】その画素縮小素子の構成例を示す概要図であ
る。

【図３】非矩形形状の投射画素プロファイルの一例を示
す特性図である。

【図４】本発明の実施の形態２の画素プロファイル変形
素子の構成を示す概要図である。

【図５】本発明の実施の形態３の評価結果を比較例と併
せて示す説明図である。

【図６】半値全幅とＣＴＦに関する説明図である。

【図７】ＣＴＦの定義の概念に関する説明図である。

【図８】画素プロファイル変形素子と光軸シフト素子と
を用いた場合のＣＴＦの定義に関する説明図である。

【図９】投射画像の画像品質に対する主観評価の項目を
説明するための投射画像の一例を参考例１，２として示
す説明図である。

【図１０】本発明の実施の形態８の画素プロファイルの
一例を示す特性図である。

【図１１】スクリーン上でのプロファイルを計算した結
果を示す特性図である。

【図１２】投射画像の画像品質に対する主観評価の項目
を説明するための投射画像の一例を示す説明図である。

【図１３】本発明の実施の形態１１の画素プロファイル
変形手段の構成例を示す概要図である。

【図１４】本発明の実施の形態１２の画素プロファイル
変形手段の構成例を示す概要図である。

【図１５】本発明の実施の形態１３の空間光変調器の構
成例を示す概要図である。

【図１６】従来例を示す斜視図である。

【図１７】その作用・効果を説明するための模式図であ
る。

【符号の説明】

４ 表示素子 ７ 画素プロファイル変形手段 ８ 投射手段 １０ 画素プロファイル変形手段 ２１ 画素プロファイル変形手段 ２２ 屈折率分布型レンズアレイ ３１ 画素プロファイル変形手段 ３５ 凹面ミラーアレイ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 逢坂 敬信 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 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 高浦 淳 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 浪江 健史 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 EA13 EA15 EA16 EA18 EA45 GA02 GA04 HA12 HA13 HA20 HA21 HA24 HA25 HA28 JA04 JA17 MA03 5C058 BA06 BA25 BA35 BB03 EA01 EA02 EA26

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像情報に対応して光を変調又は放出す
   る画素を有する表示素子と、画像情報に対応した画像フ
   ィールドを構成する複数のサブフィールド毎に前記画素
   の位置を光学的に変位させる変位手段と、前記画素を拡
   大投射する投射手段とを有する投射画像表示装置におい
   て、 前記画素の光強度プロファイルを非矩形形状の画素プロ
   ファイルに変形させる画素プロファイル変形手段を有す
   ることを特徴とする投射画像表示装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の投射画像表示装置におい
   て、 前記画素プロファイル変形手段により変形される画素プ
   ロファイルの画素が画素の中心付近に凹形状を有する画
   素プロファイルであることを特徴とする投射画像表示装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の投射画像表示装置
   において、 前記画素プロファイル変形手段により変形される画素プ
   ロファイルの半値全幅をｗとし、画素ピッチをｐとし、
   前記変位手段により変位されるステップ数をｎ（ｎは２
   以上の整数）とすると、前記画素プロファイル変形手段
   は、 ｗ≦０．７ｐ×（２／ｎ） の関係が成り立つように画素プロファイルを変形させる
   ことを特徴とする投射画像表示装置。
4. 【請求項４】 請求項１又は２記載の投射画像表示装置
   において、 前記画素プロファイル変形手段により変形される画素プ
   ロファイルの半値全幅をｗとし、画素ピッチをｐとし、
   前記変位手段により変位されるステップ数をｎ（ｎは２
   以上の整数）とすると、前記画素プロファイル変形手段
   は、 ０．５ｐ×（２／ｎ）＜ｗ≦０．７ｐ×（２／ｎ） の関係が成り立つように画素プロファイルを変形させる
   ことを特徴とする投射画像表示装置。
5. 【請求項５】 請求項１又は２記載の投射画像表示装置
   において、 前記画素プロファイル変形手段により変形される連続し
   た複数の画素プロファイルから合成される連続画素プロ
   ファイルの隣接画素間の最小光強度が、前記連続画素プ
   ロファイルの最大光強度の４３％以内となるように画素
   プロファイルを変形させる画素プロファイル変形手段で
   あることを特徴とする投射画像表示装置。
6. 【請求項６】 請求項１又は２記載の投射画像表示装置
   において、 前記画素プロファイル変形手段により変形される連続し
   た複数の画素プロファイルから合成される連続画素プロ
   ファイルの隣接画素間の最小光強度が、前記連続画素プ
   ロファイルの最大光強度の３３％以内であり、かつ、前
   記画素プロファイル変形手段により変形された画素プロ
   ファイルの半値全幅をｗとし、画素ピッチをｐとし、前
   記変位手段により変位されるステップ数をｎ（ｎは２以
   上の整数）とすると、前記画素プロファイル変形手段
   は、 ｗ≦０．７ｐ×（２／ｎ） の関係が成り立つように画素プロファイルを変形させる
   ことを特徴とする投射画像表示装置。
7. 【請求項７】 請求項２記載の投射画像表示装置におい
   て、 前記画素プロファイル変形手段により変形される画素プ
   ロファイルの半値全幅をｗとし、画素ピッチをｐとし、
   前記変位手段により変位されるステップ数をｎ（ｎは２
   以上の整数）とすると、前記画素プロファイル変形手段
   は、 ｗ≦０．６ｐ×（２／ｎ） の関係が成り立つように画素プロファイルを変形させる
   ことを特徴とする投射画像表示装置。
8. 【請求項８】 請求項１、２、３、４、５、６又は７記
   載の投射画像表示装置において、 前記画素プロファイル変形手段により変形された画素の
   前記投射手段による投射画素の前記サブフィールド毎で
   の投射画素プロファイルの半値全幅をＷとし、サブフィ
   ールド毎での投射画素ピッチをＰとし、前記変位手段に
   より変位されるステップ数をｎ（ｎは２以上の整数）と
   すると、前記画素プロファイル変形手段は、 Ｗ≦０．7Ｐ×（２／ｎ） の関係が成り立つように投射画素の画素プロファイルを
   変形させることを特徴とする投射画像表示装置。
9. 【請求項９】 請求項１、２、３、４、５、６又は７記
   載の投射画像表示装置において、 前記画素プロファイル変形手段により変形された画素の
   前記投射手段による投射画素の前記サブフィールド毎で
   の投射画素プロファイルの半値全幅をＷとし、サブフィ
   ールド毎での投射画素ピッチをＰとし、前記変位手段に
   より変位されるステップ数をｎ（ｎは２以上の整数）と
   すると、前記画素プロファイル変形手段は、 ０．５Ｐ（２／ｎ）＜Ｗ≦０．７Ｐ×（２／ｎ） の関係が成り立つように投射画素の投射画素プロファイ
   ルを変形させることを特徴とする投射画像表示装置。
10. 【請求項１０】 請求項１、２、３、４、５、６又は７
    記載の投射画像表示装置において、 前記画素プロファイル変形手段により変形される連続し
    た複数の画素の前記投射手段による複数の投射画素の投
    射画素プロファイルから合成される連続投射画素プロフ
    ァイルの隣接投射画素間の最小光強度が、前記連続投射
    画素プロファイルの最大光強度の４３％以内の関係が成
    り立つように投射画素の連続投射画素プロファイルを変
    形させる画素プロファイル変形手段であることを特徴と
    する投射画像表示装置。
11. 【請求項１１】 請求項１、２、３、４、５、６又は７
    記載の投射画像表示装置において、 前記画素プロファイル変形手段により変形される連続し
    た複数の画素の前記投射手段による複数の投射画素の投
    射画素プロファイルから合成される連続投射画素プロフ
    ァイルの隣接投射画素間の最小光強度が、前記連続投射
    画素プロファイルの最大光強度の３３％以内の関係が成
    り立ち、かつ、前記画素プロファイル変形手段により変
    形された画素の前記投射手段による投射画素の前記サブ
    フィールド毎での投射画素プロファイルの半値全幅をＷ
    とし、サブフィールド毎での投射画素ピッチをＰとし、
    前記変位手段により変位されるステップ数をｎ（ｎは２
    以上の整数）とすると、前記画素プロファイル変形手段
    は、 Ｗ≦０．７Ｐ×（２／ｎ） の関係が成り立つように投射画素の投射画素プロファイ
    ルを変形させることを特徴とする投射画像表示装置。
12. 【請求項１２】 請求項１、２、３、４、５、６又は７
    記載の投射画像表示装置において、 前記サブフィールド毎での前記画素プロファイル変形手
    段により変形された画素の前記投射手段による投射画素
    の投射画素プロファイルが投射画素の中心付近に凹形状
    を有し、かつ、前記画素プロファイル変形手段により変
    形された画素の前記投射手段による投射画素の前記サブ
    フィールド毎での投射画素プロファイルの半値全幅をＷ
    とし、サブフィールド毎での投射画素ピッチをＰとし、
    前記変位手段により変位されるステップ数をｎ（ｎは２
    以上の整数）とすると、前記画素プロファイル変形手段
    は、 Ｗ≦０．７Ｐ×（２／ｎ） の関係が成り立つように投射画素の投射画素プロファイ
    ルを変形させることを特徴とする投射画像表示装置。
13. 【請求項１３】 請求項１、２、３、４、５、６、７、
    ８、９、１０、１１又は１２記載の投射画像表示装置に
    おいて、 前記画素プロファイル変形手段が曲面で形成されたマイ
    クロレンズアレイを有することを特徴とする投射画像表
    示装置。
14. 【請求項１４】 請求項１、２、３、４、５、６、７、
    ８、９、１０、１１又は１２記載の投射画像表示装置に
    おいて、 前記画素プロファイル変形手段が屈折率分布型レンズア
    レイを有することを特徴とする投射画像表示装置。
15. 【請求項１５】 請求項１、２、３、４、５、６、７、
    ８、９、１０、１１又は１２記載の投射画像表示装置に
    おいて、 前記画素プロファイル変形手段が凹面ミラーアレイを有
    することを特徴とする投射画像表示装置。
16. 【請求項１６】 請求項１、２、３、４、５、６、７、
    ８、９、１０、１１、１２、１３、１４又は１５記載の
    投射画像表示装置において、 前記画素プロファイル変形手段が元の画素の面積よりも
    小さい面積の開口アレイを有することを特徴とする投射
    画像表示装置。