JP2003302699A - 画像表示装置および画像シフト素子 - Google Patents

画像表示装置および画像シフト素子

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浩巳 加藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 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画像表示装置を提供する。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、画像
表示パネル８の光出射側に配置され、画像表示パネル８
に表示された画像を表示フレーム毎に光学的にシフトさ
せる画像シフト素子１０とを備えた画像表示装置におい
て、画像シフト素子１０は、画像表示パネル８からの光
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の素子とを有しており、画像表
示パネル８と画像シフト素子１０との間には、画像表示
パネル８からの出射光の偏光方向を画像のシフト方向に
対して平行または垂直となるように補正する偏光補正素
子を更に備えている。

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、例えば特許文献１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
供するのに適している。
【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。従って、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（特許文献
２）。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許文献３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許文献４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り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、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非特許文献１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
によって順次切り替えられる。
【００１６】また、特許文献５に記載されている投影型
画像表示装置では、上記の特許文献２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替えている。
【００１７】しかしながら、上記の特許文献２〜４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、非特許文献１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許文献５に開示してい
る。特許文献５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替える必要がある。この装置で
は、このような切り替えを行うため、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
り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】これらに対して、特願２０００−１８１２
２３では、１つのフレームを複数のサブフレームに分け
て、液晶表示パネルから出射した光をサブフレームの表
示ごとに画素単位でシフトさせて時間的に重積すること
により、以上の問題点の解決を図っている。
【００２４】
【特許文献１】特開昭５９−２３０３８３号公報
【特許文献２】特開平４−６０５３８号公報
【特許文献３】特開平５−２４９３１８号公報
【特許文献４】特開平６−２２２３６１号公報
【特許文献５】特開平９−２１４９９７号公報
【非特許文献１】ＩＤＷ’９９（Ｐ９８９〜Ｐ９９２）
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】上記の特願２０００−
１８１２２３では、画像シフト素子で液晶表示パネルの
出射光の光路をシフトする必要があるが、前記画像シフ
ト素子が複屈折素子を用いている場合、画像シフト素子
への入射光の偏光方向は画像シフト素子でのシフト方向
に対して、垂直または水平である必要がある。しかしな
がら、液晶表示パネルに対して色毎に異なる角度で光が
入射するために、水平方向または垂直方向に入射光の拡
がり角が大きくなるので、液晶表示パネルとしてはその
表示性能の観点から本来４５度方向にラビングするのが
望ましいが、画像シフト素子を用いるために、垂直また
は水平方向のラビング方向しか用いることが出来ない。
【００２６】本発明はこの問題点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画像
表示装置を提供することにある。
【００２７】また、本発明の他の目的は、上記画像表示
装置に用いる画像シフト素子を提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】本発明による画像表示装
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、前記画像表示パネ
ルの光出射側に配置され、前記画像表示パネルに表示さ
れた画像を表示フレーム毎に光学的にシフトさせる画像
シフト素子とを備えた画像表示装置であって、前記画像
シフト素子は、前記画像表示パネルからの光の偏光方向
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の素子とを有しており、前記画像表示パネ
ルと前記画像シフト素子との間には、前記画像表示パネ
ルからの出射光の偏光方向を画像のシフト方向に対して
平行または垂直となるように補正する偏光補正素子を更
に備えている。
【００２９】ある好ましい実施形態において、前記画像
表示パネルは液晶パネルであり、前記液晶パネルは、前
記画像のシフト方向に対して平行でもなく、かつ垂直で
もない偏光方向の光を空間的に変調し、画像を形成す
る。
【００３０】ある好ましい実施形態において、前記画像
表示パネルの入射側に第２の偏光補正素子を備え、前記
偏光補正素子は、画像のシフト方向に対して平行または
垂直となる偏光方向の光を受けて、前記画像のシフト方
向に対して平行でもなく、かつ垂直でもない偏光方向の
光に変換し、前記液晶パネルに向けて出射する。
【００３１】ある好ましい実施形態において、前記偏光
補正素子は、少なくとも一つの１／２波長板を有してい
る。
【００３２】ある好ましい実施形態において、前記偏光
補正素子は、光路上において直列的に配列された複数の
１／２波長板を有している。
【００３３】ある好ましい実施形態において、前記偏光
補正素子は、光の入射側から順に配列された第１の１／
２波長板および第２の１／２波長板を有しており、前記
第１の１／２波長板の遅相軸または進相軸は、前記画像
表示パネルの出射光の偏光軸に対して右回りまたは左回
りに約８．３〜約１４．３度の角度をなし、前記第２の
１／２波長板の遅相軸または進相軸は、前記画像表示パ
ネルの出射光の偏光軸に対して右回りまたは左回りに約
３０．８〜約３６．８度の角度をなしている。
【００３４】ある好ましい実施形態において、前記偏光
補正素子は、光の入射側から順に積層された第１の１／
２波長板および第２の１／２波長板を有しており、前記
第１の１／２波長板の遅相軸または進相軸は、前記画像
表示パネルの出射光の偏光軸に対して右回りまたは左回
りに約１９．５〜約２５．５度の角度をなし、前記第２
の１／２波長板の遅相軸または進相軸は、前記画像表示
パネルの出射光の偏光軸に対して右回りまたは左回りに
約８７．０〜約９３．０度の角度をなしている。
【００３５】ある好ましい実施形態において、前記偏光
補正素子は、複数の光学軸を有する１／２波長板を有し
ている。
【００３６】前記偏光補正素子は、複数の光学軸を有す
る１／２波長板を有しており、前記１／２波長板の面内
方向の複数の屈折率をｎｘ、ｎｙ、厚み方向の屈折率を
ｎｚとしたとき、ｎｚが概ね（ｎｘ＋ｎｙ）／２に等し
い。
【００３７】本発明の画像シフト素子は、画像表示パネ
ルによって変調された表示フレーム画像の光路を周期的
にシフトさせ、それによって、前記表示フレーム画像を
或る面内の同一直線上における１画素ピッチ以上離れた
３つ以上の位置に選択的に振り向けることができる画像
シフト素子であって、前記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
とを有しており、前記第１の素子および第２の素子を少
なくとも２組有し、前記光路上において直列的に配列さ
れるように配置され、光入射側に配置された第１の素子
の光入射側に、第１の素子への入射光の偏光方向が画像
のシフト方向に対して平行または垂直となるように補正
する偏光補正素子を備えている。
【００３８】ある好ましい実施形態において、前記偏光
補正素子は、少なくとも１つの１／２波長板を有してい
る。
【００３９】ある好ましい実施形態において、前記偏光
補正素子は、光路上において直列的に配列された複数の
１／２波長板を有している。
【００４０】ある好ましい実施形態において、前記偏光
補正素子は、光の入射側から順に配置された第１の１／
２波長板および第２の１／２波長板を有しており、前記
第１の１／２波長板の遅相軸または進相軸は、画像シフ
ト方向に対して右回りまたは左回りに約３０．８〜約３
６．８の角度をなし、前記第２の１／２波長板の遅相軸
または進相軸は、前記画像シフト方向に対して右回りま
たは左回りに約８．３〜１４．３度の角度をなしてい
る。
【００４１】ある好ましい実施形態において、前記偏光
補正素子は、光の入射側から順に積層された第１の１／
２波長板および第２の１／２波長板を有しており、前記
第１の１／２波長板の遅相軸または進相軸は、画像シフ
ト方向に対して右回りまたは左回りに約６４．５〜約７
０．５度の角度をなし、前記第２の１／２波長板の遅相
軸または進相軸は、前記画像シフト方向に対して右回り
または左回りに約１３２．０〜約１３８．０度の角度を
なしている。
【００４２】ある好ましい実施形態において、前記偏光
補正素子は、複数の光学軸を有する１／２波長板を有し
ている。
【００４３】
【発明の実施の形態】本発明では、例えばカラーフィル
タ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。
【００４４】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。
【００４５】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。
【００４６】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。従っ
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。
【００４７】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。
【００４８】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。
【００４９】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。
【００５０】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。
【００５１】（実施形態１）本実施形態の画像表示装置
は、投影型であり、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。
【００５２】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。
【００５３】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。
【００５４】なお、図１では、ダイクロイックミラー４
〜６の各々の光反射面に立てた法線のすべてを含む平面
（色分離面）が図１の紙面と平行であり、かつ、画素シ
フトの方向も前記色分離面に平行であるかのように記載
されている。しかしながら、画素シフト方向は、色分離
面に平行である必要は無い。以下に説明する本実施形態
の画像シフト方向は、色分離面と垂直な関係にある。よ
り具体的には、色分離面は液晶表示パネルの画面の水平
方向と平行であり、画像シフト方向は画面の垂直方向に
平行である。画像シフト方向は、画面の垂直方向に限定
されず、画面の水平方向に平行であっても良い。
【００５５】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。
【００５６】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
いても良い。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。
【００５７】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。
【００５８】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。
【００５９】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。
【００６０】この液晶表示パネル８では、例えば７６８
（Ｈ）×１０２４（Ｖ）の走査線がノンインターレース
で駆動される。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。
【００６１】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°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
°の角度で入射する。本実施形態では、分離された各色
の光軸を含む面（色分離面）は液晶表示パネル８の画面
水平方向に平行である。
【００６２】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。
【００６３】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）を用いても良い。
【００６４】前述のように液晶表示パネル８はノンイン
ターレースで駆動されるため、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。
【００６５】なお、インターレースで駆動される場合
は、画面内の走査線を偶数ラインと奇数ラインに分け、
交互に表示していくため、Ｔ＝１／３０（秒）≒３３．
３（ミリ秒）となる。また、各フレームを構成する偶数
フィールドおよび奇数フィールドの各々に割り当てられ
た時間（１フィールド期間）は、１／６０≒１６．６
（ミリ秒）となる。
【００６６】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。
【００６７】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。なお、インターレース駆動の場合は、或
るフィールドの画像が本願明細書における「フレーム画
像」と同様に取り扱われ得る。
【００６８】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。
【００６９】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。
【００７０】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。
【００７１】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カラーの
表示を実現することができる。
【００７２】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。
【００７３】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。
【００７４】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。
【００７５】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。
【００７６】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。
【００７７】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。
【００７８】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。
【００７９】次に、図８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。
【００８０】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。
【００８１】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。
【００８２】次に、サブフレーム画像のシフト方法を説
明する。
【００８３】本実施形態の画像シフト素子は、図９また
は図１０に示されるような素子を２つ用意し、この２つ
の素子を図１１に示すように光路上に直列的に配置す
る。図９および図１０に示す各素子は、入射光の偏光軸
を回転させずにそのまま透過する状態と、偏光軸を約９
０度回転させる状態との間でスイッチング動作を行う第
１の素子ｇ１と、複屈折性を有する第２の素子（厚さ
ｔ）ｇ２とを有している。図示する例では、第１の素子
ｇ１は液晶素子であり、液晶層に印加する電圧のＯＮ／
ＯＦＦを制御することにより、上記のスイッチング動作
が実行される。また、第２の素子ｇ２は、水晶などから
構成される。
【００８４】図９に示す状態では、第１の素子ｇ１には
電圧（例えば５ボルト）が印加され、入射してきた光は
偏光軸を回転させることなく、第２の素子ｇ２に入射す
る。図９の例では、複屈折性を有する第２の素子ｇ２を
透過した光は、ΔＤだけ光軸をシフトさせる。第２の素
子ｇ２に入射した光の常光成分は直進し、異常光成分が
第２の素子の持つ光学軸方向にシフトすることになる。
このシフト量ΔＤは、第２の素子ｇ２の厚さｔによって
調節することができる。第２の素子ｇ２に用いられる材
料は、複屈折性を有する一軸結晶であれば如何なるもの
であってもよい。例えば、ニオブ酸リチウム、方解石、
雲母、ルチル（ＴｉＯ2）、チリ硝石（ＮａＮＯ3）など
の材料を用いることができる。ただし、ヘッドマウント
ディスプレイ（ＨＭＤ）のように表示装置の総重量を小
さくする必要がある場合、屈折率異方性（Δｎ）が相対
的に大きなニオブ酸リチウムやルチルを用いることが好
ましい。Δｎが大きい材料であれば、必要な画像シフト
量を得るために必要な複屈折素子１２０の厚さを薄くで
きるため、小型化および軽量化に適している。
【００８５】一方、図１０に示す状態では、第１の素子
ｇ１に電圧は実質的に印加されておらず、入射してきた
光は偏光軸を約９０度回転させる。その結果、第２の素
子ｇ２を透過した光の光軸に変化はない。
【００８６】本実施形態では、図１１に示すように、図
９または図１０に示すシフト素子を２組用意し、この２
組のシフト素子を光路上で直列的に配列することによっ
て画像シフト素子を構成する。このように複数のシフト
素子を組み合わせた画像シフト素子によれば、光入射側
および光出射側に位置する２つの液晶層への電圧印加状
態にしたがって、被投影面上における３つの異なる位置
を選択することができる。選択される３つの異なる位置
は、第１の液晶層（光入射側）に対する電圧印加状態
（ＯＮ／ＯＦＦ）および第２の液晶層（光出射側）に対
する電圧印加状態（ＯＮ／ＯＦＦ）の組み合わせによっ
て決定される。
【００８７】一方、液晶表示パネル８に対しては、前記
説明の通りＲ、Ｇ、Ｂ毎に入射角が異なり、Ｇ光とＢ光
はＲ光を中心に水平方向にプラスマイナス７．６度の方
向から入射する。したがって、液晶表示パネル８は表示
画面の水平方向に視角が広がっている必要があり、その
ためには、液晶表示パネルの液晶分子の配向方向が画面
の垂直方向（本実施形態における画像シフト方向）に対
して４５度（液晶の捩れ角度が９０度）または４５度に
近い角度（４０度〜５５度）の角度（液晶の捩れ角度が
８０度〜１１０度）をなしていることが好ましい。
【００８８】上述のような配向を液晶層に与えた画像表
示パネルを用いる場合、液晶表示パネルの出射光の偏光
方向は水平方向に対して４５度または４５度に近い角度
（４０度〜５５度）の角度をなすことになる。一方、画
像シフト素子による画像のシフト方向は、本実施形態で
は表示画面の垂直方向に等しい。このため、表示パネル
の出射光の偏光方向を光軸周りに右又は左に回転させな
い限り、画像シフト素子内の水晶（複屈折素子）には、
常光成分および異常光成分の両方の成分が入射し、画像
が２重化してしまう。このような事態を防止するには、
表示パネルの出射光の偏光方向が画像シフト方向に対し
て垂直または平行な方向を向くように出射光の偏光方向
を光軸周りに回転させる必要がある。
【００８９】本実施形態で特徴的な点は、画像シフト素
子の光入射側に、更に、光の偏光方向を回転させる偏光
補正素子ｇ０を配置していることにある。なお、本実施
形態では、画像シフト素子と画像表示パネルとの間に偏
光補正素子ｇ０を配置しているが、この偏光補正素子ｇ
０を画像シフト素子と一体化し、本実施形態の画像シフ
ト素子および偏光補正素子ｇ０を全体として１個の画像
シフト素子として機能させても良い。
【００９０】このような偏光補正素子ｇ０としては、Ｔ
Ｎ液晶素子などを用いることもできるが、偏光状態をス
イッチングする必要は無いため、本実施形態では１／２
波長板を用いる。１／２波長板から構成した偏光補正素
子ｇ０は、ＴＮ液晶を用いて作製した偏光補正素子より
も安価であるという利点を有している。
【００９１】本実施形態では、１／２波長板のリタデー
ション値を２２５ｎｍに設定し、その遅相軸または進相
軸を画像シフト方向に対して２２．５度の方向に設定し
ている。１／２波長板の材料としては、日本合成ゴム社
のＡＲＴＯＮを用いている。
【００９２】上記１／２波長板の光入射側および光出射
側に、それぞれ、透過軸が画像シフト方向に対して４５
度および０度の角度をなす一対の偏光子を配置し、透過
光量を測定した。測定結果を図１２に示す。図１２のグ
ラフの横軸は入射光の波長を示し、縦軸は透過光量（Ｔ
２／Ｔ１）を示している。ここでＴ１は入射光の強度で
あり、Ｔ２は出射光の強度である。
【００９３】図１２からわかるように、本実施形態の構
成によれば、画像シフト素子内の複屈折素子に入射する
前に偏光状態が補正された結果、Ｇ光の中心波長である
５５０ｎｍを中心に概ね常光成分（または異常光成分）
のみが画像シフト素子の複屈折素子（水晶）に入射して
いる。
【００９４】このようにして本実施形態によれば、画像
表示パネルから出射された光の偏光軸と画像シフト方向
とが一致していない場合であっても、偏光補正素子の働
きにより、適切な画像シフトが達成される。このため、
画像表示パネルの各画素領域には常に同じ色の情報を光
学系に最適な配向方向で表示しながら、選択されたサブ
フレーム画像を正しくシフトさせることが可能になる。
このため、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、高い解像度が実
現する。
【００９５】一方、ダイクロイックミラー４〜６は、反
射効率の簡単から、入射光（光軸）と反射光（光軸）と
を含む平面（図１の紙面）に対して垂直または平行な方
向に振動する偏波光に対して設計されることが望まし
い。しかし、本実施形態のように、液晶表示パネルで用
いる偏光方向が画面の水平方向に対して４５度または４
５度に近い角度（４０度〜５５度）を形成する場合は、
ダイクロイックミラー４〜６も、入射光と反射光とを含
む平面に対して偏光方向が４５度または４５度に近い角
度（４０度〜５５度）の偏光光を反射するように設計す
る必要がある。しかし、そのような設計を行うと、ダイ
クロイックミラー４〜６の波長分離特性または反射効率
が低下してしまう。
【００９６】ダイクロイックミラー４〜６の波長分離特
性または反射効率の低下を防止するためには、上記の１
／２波長板と同様の１／２波長版を液晶表示パネルの入
射側にも配置することが好ましい。そうすることによ
り、本実施形態の液晶表示装置を用いながら、偏光方向
が入射光と反射光とを含む平面に対して垂直または平行
な偏波光がダイクロイックミラー４〜６に入射する効率
の高い配置構成を採用することができる。
【００９７】（実施形態２）本実施形態では、偏光方向
を回転させる素子ｇ０として１／２波長板を積層させた
素子を用いる。
【００９８】積層した波長板を用いることによってアク
ロマティック性が改善されることは、S.Pancharatnamの
“Achromatic Combinations of Birefringent Plates”
Proceedings of Indian Academy of Sciences Vol. XL
I, No. 4, Sec.A, 1955, pp.130-136およびpp.137-144
に開示されている。
【００９９】本実施形態では、光の入射側から順に第１
の１／２波長板と第２の１／２波長板とが積層された偏
光補正素子ｇ０を用いる。用いる２つの１／２波長板
は、いずれも、量産性を考慮して同一の材質から作製
し、同一のリタデーション値を用いるように設計されて
いる。具体的には、２つの１／２波長板の材料は、いず
れも日本合成ゴム社製のＡＲＴＯＮであり、リタデーシ
ョン値は等しく２２５ｎｍに設定されている。なお、２
つの１／２波長板は積層一体化されていることが好まし
いが、２つの１／２波長板が必ずしも相互に密着してい
る必要はない。また、１／２波長板の材質やリタデーシ
ョン値が相互に一致していなくとも良い。
【０１００】本実施形態では、入射側の１／２波長板
（第１の１／２波長板）の遅相軸または進相軸は画面垂
直方向に対して３３．７５度の角度をなし、出射側の１
／２波長板（第２の１／２波長板）の遅相軸または進相
軸は画面垂直方向に対して１１．２５度の角度をなして
いる。言い換えると、第１の１／２波長板の遅相軸また
は進相軸は入射光の偏光方向（偏光軸）に対して１１．
２５度の角度をなし、第２の１／２波長板の遅相軸また
は進相軸は偏光軸に対して３３．７５度の角度をなして
いる。
【０１０１】本実施形態では、第１の実施形態と同様に
して、偏光補正素子ｇ０の光入射側および光出射側に、
それぞれ、透過軸が画面垂直方向に対して４５度および
０度の角度をなすように一対の偏光子を配置し、透過光
量を測定した。測定結果を図１３に示す。図１３からわ
かるように、Ｇ光の中心波長５５０ｎｍを中心により水
晶に対して、常光成分（または異常光成分）のみが入射
している。
【０１０２】偏光補正素子ｇ０における１／２波長板の
配置形式は、上記の例に限定されるわけではない。２つ
の１／２波長板を光路上に直列的に配列した偏光補正素
子ｇ０の光入射側および光出射側に、それぞれ、透過軸
が画面垂直方向に対して４５度および０度の角度をなす
ように一対の偏光子を配置し、第１の１／２波長板およ
び第２の１／２波長板の遅相軸または進相軸の角度を変
化させたときの透過光量を測定した。測定結果を図１４
および図１５に示す。図１４は、２つの１／２波長板の
うち、第１の１／２波長板の遅相軸または進相軸の角度
を変化させたときの漏れ光量を示している。図１５は、
第２の１／２波長板の遅相軸または進相軸の角度を変化
させたときの漏れ光量を示している。図１４および図１
５からわかるように、前記の設計角度を中心にして±３
度の範囲であれば、位相差板のコントラスト比にして１
００：１以上あり、十分な性能であることがわかる。
【０１０３】したがって、２つの１／２波長板を光路上
に直列的に配列して本発明の偏光補正素子を構成する場
合、第１の１／２波長板の遅相軸または進相軸が画面垂
直方向（画像シフト方向）に対して右回りまたは左回り
に約３０．８〜約３６．８の角度をなし、第２の１／２
波長板の遅相軸または進相軸が画面垂直方向に対して右
回りまたは左回りに約８．３〜１４．３度の角度をなす
ように構成すれば、好ましい効果が充分に発揮される。
言い換えると、第１の１／２波長板の遅相軸または進相
軸が画像表示パネルの出射光の偏光軸に対して右回りま
たは左回りに約８．３〜約１４．３度の角度をなし、第
２の１／２波長板の遅相軸または進相軸が画像表示パネ
ルの出射光の偏光軸に対して右回りまたは左回りに約３
０．８〜約３６．８度の角度をなすように構成すること
が好ましい。
【０１０４】なお、特開平７−５４２１号公報は、複数
の１／２波長板を用いる例を開示しているが、１／２波
長板を傾けて配置しているため、積層できず、また楕円
偏光を直線偏光に変換する方法を示している。また、特
開平１１−２９８９２０号公報は、複数の１／２波長板
を用いる例を開示しているが、３Ｄ表示のための構成で
ある。いずれも、本実施形態のように、色別に入射角が
違う条件下での設計手法については開示されておらず、
目的も異なる。
【０１０５】（実施形態３）本実施形態でも、光の入射
側から順に第１の１／２波長板と第２の１／２波長板を
積層した偏光補正素子ｇ０を用いる。各１／２波長板の
材質およびリタデーション値は実施形態２で用いた１／
２波長板のものと同様である。本実施形態が前述の実施
形態２と異なる点は、１／２波長板の遅相軸または進相
軸の向きである。
【０１０６】本実施形態の偏光補正素子ｇ０では、入射
側の１／２波長板の遅相軸または進相軸は画面垂直方向
に対して６７．５度の角度をなし、出射側の１／２波長
板の遅相軸または進相軸は画面垂直方向に対して１３
５．０度の角度をなしている。言い換えると、入射側の
１／２波長板の遅相軸または進相軸は入射光の偏光軸に
対して２２．５度の角度をなし、出射側の１／２波長板
の遅相軸または進相軸は偏光軸に対して９０．０度の角
度をなしている。
【０１０７】第１の実施形態と同様にして、上記偏光補
正素子ｇ０の光入射側および光出射側に、それぞれ、透
過軸が水平方向に対して４５度および０度の角度をなす
一対の偏光子を配置し、透過光量を測定した。測定結果
を図１６に示す。図１６からわかるように、本実施形態
では、さらにＧ光の中心波長５５０ｎｍを中心に水晶に
対して、常光成分（または異常光成分）のみが入射して
いる。
【０１０８】偏光補正素子ｇ０における１／２波長板の
配置形式は、上記の例に限定されるわけではない。実施
形態２と同様に、本実施形態での２つの１／２波長板を
光路上に直列的に配列した偏光補正素子ｇ０の光入射側
および光出射側に、それぞれ、透過軸が画面垂直方向に
対して４５度および０度の角度をなすように一対の偏光
子を配置し、第１の１／２波長板および第２の１／２波
長板の遅相軸または進相軸の角度を変化させたときの透
過光量を測定した。測定結果を図１７および図１８に示
す。図１７は、２つの１／２波長板のうち第１の１／２
波長板の遅相軸または進相軸の角度を変化させたときの
漏れ光量を示している。図１８は、第２の１／２波長板
の遅相軸または進相軸の角度を変化させたときの漏れ光
量を示している。図１７および図１８からわかるよう
に、前記の設計角度を中心にして±３度の範囲であれ
ば、位相差板のコントラスト比にして１００：１以上あ
り、十分な性能であることがわかる。
【０１０９】したがって、２つの１／２波長位置を光路
上に直列的に配列して本発明の偏光補正素子を構成する
場合、第１の１／２波長板の遅相軸または進相軸が画面
垂直方向に対して右回りまたは左回りに約６４．５〜約
７０．５度の角度をなし、第２の１／２波長板の遅相軸
または進相軸は、画面垂直方向に対して右回りまたは左
回りに約１３２．０〜約１３８．０度の角度をなすよう
に構成すれば、優れた効果が発揮される。言い換える
と、第１の１／２波長板の遅相軸または進相軸は、画像
表示パネルの出射光の偏光軸に対して右回りまたは左回
りに約１９．５〜約２５．５度の角度をなし、第２の１
／２波長板の遅相軸または進相軸は、画像表示パネルの
出射光の偏光軸に対して右回りまたは左回りに約８７．
０〜約９３．０度の角度をなすように構成することが好
ましい。
【０１１０】（実施形態４）図１９は、実施形態１から
３で用いた偏光補正素子の各々について、その入射側お
よび出射側にそれぞれ、透過軸が画像シフト方向に対し
て４５度方向および０度の角度をなす一対の偏光子を配
置し、測定した透過光量の波長依存性を示している。図
１９において、「１枚」、「構成Ａ」、および「構成
Ｂ」と記載されている３つ曲線は、それぞれ、実施形態
１〜３の偏光補正素子に関している。
【０１１１】図１９からわかるように、実施形態２や実
施形態３の偏光補正素子では、実施形態１の偏光補正素
子に比較して、より広い波長帯域で適切な向きの偏光を
画像シフト素子内の複屈折素子に与えることができる。
このため、２枚の１／２波長板を積層して作製した偏光
補正素子の方が、１枚の１／２波長板を用いただけの偏
光補正素子よりも優れた特性を発揮すると言える。しか
し、１枚の１／２波長板から構成した偏光補正素子であ
っても充分な効果が得られるため、コスト低減の観点か
らは、１枚の１／２波長板から偏光補正素子を構成する
ようにしてもよい。
【０１１２】（実施形態５）図２０は、実施形態４で用
いた偏光補正素子について、その入射側および出射側に
それぞれ、透過軸が画像シフト方向（画面垂直方向）に
対して４５度方向および０度の角度をなす一対の偏光子
を配置し、測定した透過光量の角度依存性を示してい
る。横軸は、入射光と１／２波長板の法線との間の角度
（極角）を示しており、縦軸は、透過光量を示してい
る。グラフ中の多数の曲線は、それぞれ、入射光が位相
差板に入射する方位角が異なっている。ここで、方位角
は、位相差板の面内における時計０時方向（鉛直方向）
を０度、時計３時方向（水平横方向）を９０度と標記し
ている。
【０１１３】図２０からわかるように、極角が大きくな
るほど、透過光量が増えている。言い換えると、光が位
相差板の表面に対して大きく傾斜して入射するほど、画
質の劣化につながる光量が増えていく。このような光量
の増加は、方位角が４５度のときに顕著に生じる。
【０１１４】図１に示す実施形態においては、ダイクロ
イックミラーで色分離を行っているため、色毎に位相差
板に入射する角度も異なる。しかも、各色の光が完全な
平行光でないため、２０度近い角度（極角）の広がりを
もって光が位相差板に入射する。しかし、本実施形態で
用いる角度依存性の少ない１／２位相差板によれば、望
まぬ方向に偏光した光が画像シフト素子に入射すること
を抑制できるため、２重像の発生を防止し、画質の劣化
を防ぐことができる。
【０１１５】角度依存性の少ない１／２位相差板として
は、２軸の光学軸を有する１／２位相差板を用いること
ができる。位相差板の面内で直交する２方向の屈折率ｎ
ｘおよびｎｙが、ｎｘ＞ｎｙの関係を満足する場合、
（ｎｘ＋ｎｙ）／２＝ｎｚとなる屈折率差を厚さ方向に
持つ２軸の１／２位相差板を用いることが好ましい。屈
折率が上記の関係を満足するとき、（ｎｘ＋ｎｙ）／２
−ｎｚ＝０が成立するため、位相差板の厚さ方向には位
相差が生じず、その結果、角度依存性の小さな１／２板
を実現することができる。なお、（ｎｘ＋ｎｙ）／２−
ｎｚ＝０が正確に成立しない場合でも、左辺がゼロに近
い値をもてば、好ましい効果が得られる。例えばＦ値
１．７のレンズによる極角範囲においてコントラスト比
が１００：１を実現するには、（ｎｘ＋ｎｙ）／２−ｎ
ｚの大きさが（ｎｘ＋ｎｙ）／２に対して概ね±０．２
％の範囲にあれば良い。
【０１１６】図２１は、入射側および出射側にそれぞ
れ、透過軸が画像シフト方向に対して４５度方向および
０度の角度をなす一対の偏光子を配置し、測定した透過
光量の角度依存性を示す。
【０１１７】図２０および図２１を比較すると、２軸の
位相差板を用いることにより、角度依存性を低減できる
ことがわかる。このような２軸の位相差板であれば、１
枚の１／２波長板から偏光補正素子を構成しても、角度
依存性が小さく、実用上充分に機能する。１／２波長板
の数を減らすことは部品コストを低減する上で有効であ
り、１枚の２軸の１／２位相差板を用いることにより、
画質を劣化されること無く、部品コストを削減すること
ができる。
【０１１８】
【発明の効果】本発明によれば、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際、出射光の偏光軸
が画像シフト方向に対して適切な方位を向いていない場
合でも、偏光補正素子の働きにより、適切な画像シフト
を実現することができる。その結果、本発明によれば、
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画像表示装置を提供することが
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】画像シフト素子の斜視図である。
【図１０】画像シフト素子の斜視図である。
【図１１】画像シフト素子の構成例を示す斜視図であ
る。
【図１２】本発明の実施形態１における１／２波長板
（１枚）の透過光量の波長依存性を示すグラフである。
【図１３】本発明の実施形態２における１／２波長板
（２枚）の透過光量の波長依存性を示すグラフである。
【図１４】２つの１／２波長板のうち、第１の１／２波
長板の遅相軸または進相軸の角度を変化させたときの漏
れ光量を示すグラフである。
【図１５】第２の１／２波長板の遅相軸または進相軸の
角度を変化させたときの漏れ光量を示すグラフである。
【図１６】本発明の実施形態３における１／２波長板
（２枚）の透過光量の波長依存性を示すグラフである。
【図１７】２つの１／２波長板のうち第１の１／２波長
板の遅相軸または進相軸の角度を変化させたときの漏れ
光量を示すグラフである。
【図１８】第２の１／２波長板の遅相軸または進相軸の
角度を変化させたときの漏れ光量を示すグラフである。
【図１９】本発明の実施形態４における１／２波長板
（１〜２枚）の透過光量の波長依存性を示すグラフであ
る。
【図２０】実施形態４で用いた偏光補正素子について、
その入射側および出射側にそれぞれ、透過軸が画像シフ
ト方向に対して４５度方向および０度の角度をなす一対
の偏光子を配置し、測定した透過光量の角度依存性を示
すグラフである。
【図２１】実施形態５の偏光補正素子について、その入
射側および出射側にそれぞれ、透過軸が画像シフト方向
に対して４５度方向および０度の角度をなす一対の偏光
子を配置し、測定した透過光量の角度依存性を示すグラ
フである。
【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 ｇ０ 偏光補正素子 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 Ｆターム(参考） 2H049 BA06 BA42 BB03 BC22 2H088 EA13 EA15 EA18 HA13 HA15 HA25 HA28 JA05 MA06 2H091 FA05Z FA11X FA29Z FA41Z FA50 FD10 FD22 FD24 HA07 LA16 2K103 AA05 AA16 BC09 BC12 BC14

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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、 前記画像表示パネルの光出射側に配置され、前記画像表
    示パネルに表示された画像を表示フレーム毎に光学的に
    シフトさせる画像シフト素子と、を備えた画像表示装置
    であって、 前記画像シフト素子は、 前記画像表示パネルからの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、 を有しており、 前記画像表示パネルと前記画像シフト素子との間には、
    前記画像表示パネルからの出射光の偏光方向を画像のシ
    フト方向に対して平行または垂直となるように補正する
    偏光補正素子を更に備えている画像表示装置。
  2. 【請求項２】 前記画像表示パネルは液晶パネルであ
    り、 前記液晶パネルは、前記画像のシフト方向に対して平行
    でもなく、かつ垂直でもない偏光方向の光を空間的に変
    調し、画像を形成する請求項１に記載の画像表示装置。
  3. 【請求項３】 前記画像表示パネルの入射側に第２の偏
    光補正素子を備え、 前記偏光補正素子は、画像のシフト方向に対して平行ま
    たは垂直となる偏光方向の光を受けて、前記画像のシフ
    ト方向に対して平行でもなく、かつ垂直でもない偏光方
    向の光に変換し、前記液晶パネルに向けて出射する請求
    項２に記載の画像表示装置。
  4. 【請求項４】 前記偏光補正素子は、少なくとも一つの
    １／２波長板を有している請求項１から３の何れかにに
    記載の画像表示装置。
  5. 【請求項５】 前記偏光補正素子は、光路上において直
    列的に配列された複数の１／２波長板を有している請求
    項４に記載の画像表示装置。
  6. 【請求項６】 前記偏光補正素子は、光の入射側から順
    に配列された第１の１／２波長板および第２の１／２波
    長板を有しており、 前記第１の１／２波長板の遅相軸または進相軸は、前記
    画像表示パネルの出射光の偏光軸に対して右回りまたは
    左回りに約８．３〜約１４．３度の角度をなし、 前記第２の１／２波長板の遅相軸または進相軸は、前記
    画像表示パネルの出射光の偏光軸に対して右回りまたは
    左回りに約３０．８〜約３６．８度の角度をなしている
    請求項５に記載の画像表示装置。
  7. 【請求項７】 前記偏光補正素子は、光の入射側から順
    に積層された第１の１／２波長板および第２の１／２波
    長板を有しており、 前記第１の１／２波長板の遅相軸または進相軸は、前記
    画像表示パネルの出射光の偏光軸に対して右回りまたは
    左回りに約１９．５〜約２５．５度の角度をなし、 前記第２の１／２波長板の遅相軸または進相軸は、前記
    画像表示パネルの出射光の偏光軸に対して右回りまたは
    左回りに約８７．０〜約９３．０度の角度をなしている
    請求項５に記載の画像表示装置。
  8. 【請求項８】 前記偏光補正素子は、複数の光学軸を有
    する１／２波長板を有している請求項４に記載の画像表
    示装置。
  9. 【請求項９】 前記偏光補正素子は、複数の光学軸を有
    する１／２波長板を有しており、前記１／２波長板の面
    内方向の複数の屈折率をｎｘ、ｎｙ、厚み方向の屈折率
    をｎｚとしたとき、ｎｚが概ね（ｎｘ＋ｎｙ）／２に等
    しい請求項４に記載の画像表示装置。
  10. 【請求項１０】 画像表示パネルによって変調された表
    示フレーム画像の光路を周期的にシフトさせ、それによ
    って、前記表示フレーム画像を或る面内の同一直線上に
    おける１画素ピッチ以上離れた３つ以上の位置に選択的
    に振り向けることができる画像シフト素子であって、 前記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の素子とを有しており、 前記第１の素子および第２の素子を少なくとも２組有
    し、前記光路上において直列的に配列されるように配置
    され、 光入射側に配置された第１の素子の光入射側に、第１の
    素子への入射光の偏光方向が画像のシフト方向に対して
    平行または垂直となるように補正する偏光補正素子を備
    えている画像シフト素子。
  11. 【請求項１１】 前記偏光補正素子は、少なくとも１つ
    の１／２波長板を有している請求項１０に記載の画像シ
    フト素子。
  12. 【請求項１２】 前記偏光補正素子は、光路上において
    直列的に配列された複数の１／２波長板を有している請
    求項１０に記載の画像シフト素子。
  13. 【請求項１３】 前記偏光補正素子は、光の入射側から
    順に配置された第１の１／２波長板および第２の１／２
    波長板を有しており、 前記第１の１／２波長板の遅相軸または進相軸は、画像
    シフト方向に対して右回りまたは左回りに約３０．８〜
    約３６．８の角度をなし、 前記第２の１／２波長板の遅相軸または進相軸は、前記
    画像シフト方向に対して右回りまたは左回りに約８．３
    〜１４．３度の角度をなしている請求項１２に記載の画
    像シフト素子。
  14. 【請求項１４】 前記偏光補正素子は、光の入射側から
    順に積層された第１の１／２波長板および第２の１／２
    波長板を有しており、 前記第１の１／２波長板の遅相軸または進相軸は、画像
    シフト方向に対して右回りまたは左回りに約６４．５〜
    約７０．５度の角度をなし、 前記第２の１／２波長板の遅相軸または進相軸は、前記
    画像シフト方向に対して右回りまたは左回りに約１３
    ２．０〜約１３８．０度の角度をなしている請求項１２
    に記載の画像シフト素子。
  15. 【請求項１５】 前記偏光補正素子は、光学軸が複数の
    １／２波長板を有している請求項１１または請求項１２
    に記載の画像表示装置。
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