JP2008203626A - Display device, projection type display device, control circuit of optical path shift element and optical path shift element - Google Patents

Display device, projection type display device, control circuit of optical path shift element and optical path shift element Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To inexpensively render a gap between pixels inconspicuous. <P>SOLUTION: Liquid crystal light valves 100R, 100G and 100B modulate polarization states of incident light according to respective data signals Rv, Gv and Bv. Light transmitted by these liquid crystal light valves is synthesized by a dichroic prism 212 and magnified and projected on a screen 300 by a projecting lens system 214 via an optical path shift element 10. The optical path shift element 10 is constituted of a liquid crystal functional element where an average tilt angle of liquid crystal molecules in a liquid crystal interposed between light transmissive substrates is changed by application of an electric field and changes the average tilt angle during the period of time that a same or continuous frame is displayed by the liquid crystal light valves 100R, 100G and 100B. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、表示される画像の画素の隙間を目立たなくする技術に関する。   The present invention relates to a technique for making a gap between pixels of a displayed image inconspicuous.

近年では、液晶素子のような空間光変調器を用いて縮小画像を形成するとともに、この縮小画像を光学系によって拡大投射する投射型表示装置(プロジェクタ)が普及しつつある。ただし、この種のプロジェクタを含めた表示装置の一般においては、画素同士の隙間(いわゆるブラックマトリクス)が目立ちやすい、という問題が指摘されている。
そこで、空間光変調器による変調光の出射側に、非旋光・90度旋光を制御する旋光制御液晶パネルと、無偏光の入射光線を常光線および異常光線に分岐させる複屈折性光学素子とを順次配置させることによって、常光線による表示画素に対して異常光線による表示画素を垂直、水平または斜め方向に偏位させて、ブラックマトリクスを目立たなくする技術が提案されている(特許文献1参照)。
特開平11−167163号公報
In recent years, a projection display device (projector) that forms a reduced image using a spatial light modulator such as a liquid crystal element and enlarges and projects the reduced image using an optical system is becoming widespread. However, in general display devices including this type of projector, a problem has been pointed out that gaps between pixels (so-called black matrix) are easily noticeable.
Therefore, on the emission side of the modulated light by the spatial light modulator, an optical rotation control liquid crystal panel for controlling non-optical rotation and 90-degree optical rotation, and a birefringent optical element for branching an unpolarized incident light beam into an ordinary ray and an extraordinary ray. A technique has been proposed in which the black matrix is made inconspicuous by disposing the display pixels due to the extraordinary rays vertically, horizontally, or obliquely with respect to the display pixels due to the ordinary rays by sequentially arranging them (see Patent Document 1). .
Japanese Patent Laid-Open No. 11-167163

しかしながら、上記技術では、画素のシフト量が固定である、という点が指摘されている。また、上記技術に適用される複屈折性光学素子は一般に高価であるため、装置全体の低コストを図ることが困難である、という点も指摘されている。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、画素同士の隙間を目立たなくすることを低コストで実現可能な表示装置、投射型表示装置および、これらの装置で適用される光路シフト素子の制御回路又は光路シフト素子を提供することにある。
However, it has been pointed out that the above technique has a fixed pixel shift amount. It has also been pointed out that birefringent optical elements applied to the above technique are generally expensive and it is difficult to reduce the cost of the entire apparatus.
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a display device, a projection display device, and these devices that can realize the gap between pixels inconspicuously at low cost. It is an object of the present invention to provide a control circuit for an optical path shift element or an optical path shift element applied in the above.

上記目的を達成するために、本発明に係る表示装置にあっては、画像入力信号に応じて光を変調する空間光変調器と、前記空間光変調器による変調光の光路をシフトさせる光路シフト素子と、を有し、前記光路シフト素子によりシフトされた変調光に基づいて画像を表示する表示装置であって、前記光路シフト素子は、透光性基板に挟持された液晶が印加電界によって当該液晶分子の平均傾斜角が変化する液晶機能素子で構成され、前記空間変調器における同一または連続するフレームを表示する期間内に前記印加電界を変化させることを特徴とする。本発明によれば、複屈折性光学素子のような高価な素子を用いないで済むので、低コストを図った上で、画素同士の隙間を目立たなくすることが可能になる。
なお、ここでいう「フレーム」とは、空間光変調器により表示される完全な1枚分の画像をいい、例えば3つのフィールドを順次表示する方式(フィールド・シーケンシャル)であれば、3つにフィールドによるR(赤)、G(緑)、B(青)の原色画像を合成した画像をいい、また、インターレース方式であれば、奇数行目の走査画像と偶数行目の走査画像とを合成した画像をいい、ノンインターレース方式ではあれば、垂直走査による表示される画像をいう。
In order to achieve the above object, in the display device according to the present invention, a spatial light modulator that modulates light according to an image input signal, and an optical path shift that shifts an optical path of modulated light by the spatial light modulator A display device that displays an image based on the modulated light shifted by the optical path shift element, wherein the optical path shift element includes a liquid crystal sandwiched between translucent substrates by an applied electric field. It is composed of a liquid crystal functional element in which an average tilt angle of liquid crystal molecules changes, and the applied electric field is changed within a period of displaying the same or continuous frames in the spatial modulator. According to the present invention, it is not necessary to use an expensive element such as a birefringent optical element, so that the gap between pixels can be made inconspicuous at a low cost.
The term “frame” used herein refers to a complete image displayed by the spatial light modulator. For example, if a method of sequentially displaying three fields (field sequential), the number of frames is three. An image obtained by combining the primary color images of R (red), G (green), and B (blue) according to the field. If the interlace method is used, the scanned image of the odd-numbered row and the scanned image of the even-numbered row are combined. If the non-interlace method is used, it means an image displayed by vertical scanning.

本発明において、前記シフトの量を調整する調整手段を有する構成としても良い。この構成によれば、画素同士の隙間の目立ちにくさを適切に調整することが可能となる。
また、本発明において、前記画像入力信号に応じて前記シフトの量を切り替える手段を有する構成としても良い。この構成によれば、画素同士の隙間の目立ちにくさを、表示させる画像によって適切に切り替えることが可能となる。
本発明において、前記空間光変調器は、少なくとも一辺を有する形状の画素を複数有し、前記光路シフト素子は、表示される画像が前記画素の一辺方向または前記一辺方向に対して垂直の方向に偏位するように、前記変調光の光路をシフトさせる構成としても良いし、前記空間光変調器は、少なくとも一辺を有する形状の画素を複数有し、前記光路シフト素子は、表示される画素が前記画素の一辺方向に対し斜め方向に偏位するように、前記変調光の光路をシフトさせる構成としても良い。
In the present invention, it may be configured to have an adjusting means for adjusting the amount of shift. According to this configuration, it is possible to appropriately adjust the inconspicuousness of the gap between pixels.
Further, the present invention may be configured to include means for switching the shift amount in accordance with the image input signal. According to this configuration, the difficulty of conspicuous gaps between pixels can be appropriately switched depending on the image to be displayed.
In the present invention, the spatial light modulator includes a plurality of pixels each having a shape having at least one side, and the optical path shift element is configured such that a displayed image is in one side direction of the pixel or in a direction perpendicular to the one side direction. The optical path of the modulated light may be shifted so as to be deviated. The spatial light modulator includes a plurality of pixels having at least one side, and the optical path shift element includes pixels to be displayed. The optical path of the modulated light may be shifted so as to be displaced obliquely with respect to the one side direction of the pixel.

また、本発明において、前記空間光変調器は、少なくとも一辺を有する形状の画素を複数有し、前記光路シフト素子は、表示される画素が前記画素の一辺方向に対して異なる2以上の方向に偏位するように、前記変調光の光路をシフトさせる構成としても良い。このような構成において、光路のシフト方向が互いに異なる光路シフト素子を光路上に二つ直列に配列させた光路シフトデバイスを有する態様が好ましい。これにより、簡易な構成により、画素同士の隙間を目立たなくすることが可能となる。   In the present invention, the spatial light modulator includes a plurality of pixels each having a shape having at least one side, and the optical path shift element has two or more directions in which displayed pixels are different from one side direction of the pixel. The optical path of the modulated light may be shifted so as to deviate. In such a configuration, an aspect having an optical path shift device in which two optical path shift elements having different optical path shift directions are arranged in series on the optical path is preferable. Thereby, the gap between the pixels can be made inconspicuous with a simple configuration.

本発明において、前記光路シフト素子は、一対の透光性基板と、該一対の透光性基板の間に充填されたホメオトロピック配向をなすキラルスメクチックC相よりなる液晶と、該液晶に電界を作用させ電界印加手段と、を備える構成としても良い。この構成において、前記電界印加手段は、前記液晶に作用させる電界の強さを可変とするのが好ましい。
また、本発明において、前記空間光変調器は、透過型液晶表示素子である構成が好ましい。
一方、本発明において、前記画像入力信号で規定される画像の画素数を前記空間光変調器の表示画像の画素数に変換する解像度変換手段を備え、前記空間光変調器は、前記解像度変換手段により画素数が変換された画像を表示する構成としても良い。
さらに、上記表示装置と、可視光を放出する光源と、前記光源から放出された光を前記空間光変調器に照射する照明光学系と、前記光路シフト素子によりシフトされた変調光に基づいて画像を拡大投射する投射手段と、を備えても良い。
また、本発明は、前記空間光変調器による変調光の光路をシフトさせる光路シフト素子と、を有し、前記光路シフト素子によりシフトされた変調光に基づいて画像を表示する表示装置であって、前記光路シフト素子は、前記空間変調器が同一または連続するフレームを表示する期間内に前記シフトの量を変化させることを特徴とする。この構成によっても、複屈折性光学素子のような高価な素子を用いないで済むので、低コストを図った上で、画素同士の隙間を目立たなくすることすることができる。なお、ここでいう「シフト」には、偏光を用いた光路のシフトのほか、反射や屈折を用いた光路のシフトも含まれる。
また、本発明は、表示装置や投射型表示装置のみならず、光路シフト素子の制御回路及び光路シフト素子としても概念することが可能である。
In the present invention, the optical path shifting element includes a pair of translucent substrates, a liquid crystal composed of a chiral smectic C phase having a homeotropic orientation filled between the pair of translucent substrates, and an electric field applied to the liquid crystal. It is good also as a structure provided with an electric field application means. In this configuration, it is preferable that the electric field applying means can change the strength of the electric field applied to the liquid crystal.
In the present invention, the spatial light modulator is preferably a transmissive liquid crystal display element.
On the other hand, in the present invention, the image processing apparatus further comprises resolution conversion means for converting the number of pixels of the image defined by the image input signal into the number of pixels of the display image of the spatial light modulator, and the spatial light modulator comprises the resolution conversion means It is good also as a structure which displays the image in which the number of pixels was converted by this.
Further, the display device, a light source that emits visible light, an illumination optical system that irradiates the spatial light modulator with light emitted from the light source, and an image based on the modulated light shifted by the optical path shift element. Projection means for enlarging and projecting.
Further, the present invention is a display device that includes an optical path shift element that shifts an optical path of modulated light by the spatial light modulator, and displays an image based on the modulated light shifted by the optical path shift element. The optical path shift element is characterized in that the shift amount is changed within a period in which the spatial modulator displays the same or continuous frames. Even with this configuration, it is not necessary to use an expensive element such as a birefringent optical element, so that the gap between the pixels can be made inconspicuous at a low cost. The “shift” here includes not only the shift of the optical path using polarized light but also the shift of the optical path using reflection or refraction.
The present invention can be conceptualized not only as a display device or a projection display device, but also as a control circuit for an optical path shift element and an optical path shift element.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

<第1実施形態>
まず、本発明の第1実施形態に係るプロジェクタ(投射型表示装置)について説明する。このプロジェクタは、液晶ライトバルブに表示された画像を拡大投射するものであり、図1は、その光学的な構成を示す平面図である。
この図に示されるように、プロジェクタ1の内部には、ハロゲンランプ等の白色光源からなるランプユニット202が設けられている。このランプユニット202から射出された白色光(可視光)は、内部に配置された3枚のミラー206およびダイクロイックミラー208a、208bによってR(赤)、G(緑)、B(青)の3原色に分離されて、各原色に対応する液晶ライトバルブ100R、100Gおよび100Bにそれぞれ導かれる。
詳細には、ダイクロイックミラー208aは、白色光のうち、Rの波長域の光を透過し、G、Bの波長域の光を反射し、ダイクロイックミラー208bは、ダイクロイックミラー208aによって反射したG、Bの波長域の光のうち、Bの波長域の光を透過し、G波長域の光を反射する。なお、Bの光路長は、他のRおよびGの光路長と比較して長くなっているので、Bの光路の途中には光路長を補正するために、リレーレンズ223を配置している。
<First Embodiment>
First, a projector (projection display device) according to a first embodiment of the invention will be described. This projector enlarges and projects an image displayed on a liquid crystal light valve, and FIG. 1 is a plan view showing the optical configuration thereof.
As shown in this figure, a lamp unit 202 made of a white light source such as a halogen lamp is provided inside the projector 1. The white light (visible light) emitted from the lamp unit 202 is converted into three primary colors of R (red), G (green), and B (blue) by three mirrors 206 and dichroic mirrors 208a and 208b arranged inside. And are led to the liquid crystal light valves 100R, 100G and 100B corresponding to the respective primary colors.
More specifically, the dichroic mirror 208a transmits light in the R wavelength region of white light, reflects light in the G and B wavelength regions, and the dichroic mirror 208b reflects the G and B reflected by the dichroic mirror 208a. The light in the B wavelength region is transmitted and the light in the G wavelength region is reflected. Since the optical path length of B is longer than the other optical path lengths of R and G, a relay lens 223 is disposed in the middle of the optical path of B in order to correct the optical path length.

ここで、液晶ライトバルブ100R、100Gおよび100Bは、本実施形態においてそれぞれ空間光変調器として用いられる。液晶ライトバルブ100R、100Gおよび100Bは、それぞれR、GおよびBの原色に対応する透過型の液晶表示素子であり、本実施形態では縦1080行×横1920列のマトリクス状に配列する画素を有し、各画素において、入射光に対する出射(透過)光の偏光状態が階調に応じて制御される。
詳細については省略するが、液晶ライトバルブ100R、100Gおよび100Bは、1080行の走査線と1920列のデータ線とを有し、これらの走査線とデータ線との交差に対応して略正方形の形状をした画素電極と、これらの画素電極に対向するとともに各画素にわたって共通の対向電極との間に、例えばTN型の液晶が挟持されている。このような構成において、ある走査線が選択されると、当該選択された走査線に位置する画素電極に、当該画素電極に対応するデータ線の電圧が印加されるとともに、選択が解除されても、印加された電圧が容量性によって保持される構成となっている。
ここで、構成において、画素電極と対向電極とにより保持される電圧がゼロ(または近傍)であれば、入射光が液晶層によって偏光されるので、その出射(透過)光は、入射光の偏光成分とほぼ90度ずれた偏光成分の光がほとんどとなる。一方、保持電圧が徐々に高まるにつれて、液晶分子の配列角度が変化し、これにより、出射光は、入射光の偏光成分とほぼ90度ずれた偏光成分の光が徐々に少なくなる反面、入射光の偏光成分と同じ方向の偏光成分の光が徐々に多く含まれるようになる。
このため、液晶ライトバルブ100R、100Gおよび100Bの入射側および出射側に、互いに透過軸が90度ずれた偏光板(図示省略)を配置すると、液晶層で保持される電圧が高くなるにつれて、偏光板を通過する光量が少なくなる(ノーマリーホワイトモード)。
Here, the liquid crystal light valves 100R, 100G, and 100B are each used as a spatial light modulator in the present embodiment. The liquid crystal light valves 100R, 100G, and 100B are transmissive liquid crystal display elements corresponding to the primary colors of R, G, and B, respectively. In the present embodiment, the liquid crystal light valves 100R, 100G, and 100B have pixels arranged in a matrix of 1080 rows × 1920 columns. In each pixel, the polarization state of outgoing (transmitted) light with respect to incident light is controlled according to the gradation.
Although not described in detail, the liquid crystal light valves 100R, 100G, and 100B have 1080 rows of scanning lines and 1920 columns of data lines, and have a substantially square shape corresponding to the intersection of these scanning lines and data lines. For example, a TN type liquid crystal is sandwiched between the pixel electrode having a shape and a common counter electrode facing each of the pixel electrodes. In such a configuration, when a certain scanning line is selected, the voltage of the data line corresponding to the pixel electrode is applied to the pixel electrode located on the selected scanning line, and the selection is canceled. The applied voltage is held by the capacitance.
Here, in the configuration, if the voltage held by the pixel electrode and the counter electrode is zero (or in the vicinity), the incident light is polarized by the liquid crystal layer, and thus the emitted (transmitted) light is polarized by the incident light. Most of the light is polarized light components that are shifted by 90 degrees from the light components. On the other hand, as the holding voltage is gradually increased, the alignment angle of the liquid crystal molecules changes. As a result, the light emitted from the polarized light component deviated by approximately 90 degrees from the polarized light component of the incident light gradually decreases. The light of the polarization component in the same direction as the polarization component of is gradually included.
For this reason, when polarizing plates (not shown) whose transmission axes are shifted by 90 degrees from each other are arranged on the incident side and the outgoing side of the liquid crystal light valves 100R, 100G, and 100B, the polarization voltage increases as the voltage held in the liquid crystal layer increases. Less light passes through the plate (normally white mode).

液晶ライトバルブ100R、100G、100Bによってそれぞれ変調された光は、ダイクロイックプリズム212に対し3方向から入射する。このダイクロイックプリズム212において、RおよびBの光は90度で屈折する一方、Gの光は直進するので、RおよびBの各原色の画像が合成される。
ダイクロイックプリズム212の出射側には、光路シフト素子10および投射レンズ系214が順番に配置する。ここで、光路シフト素子10は、詳細については後述するが、入射光に対して出射光を所定の方向にシフトするものであり、投射レンズ系214は、光路シフト素子10を介した合成像をスクリーン300に拡大投射するものである。
なお、液晶ライトバルブ100R、100Gおよび100Bには、ダイクロイックミラー208a、208bによって、それぞれに対応するR、G、Bの原色に対応する光が入射するので、カラーフィルタを設ける必要はない。
また、液晶ライトバルブ100R、100Bの透過像は、ダイクロイックプリズム212により反射した後に投射されるのに対し、液晶ライトバルブ100Gの透過像は、ダイクロイックプリズム212を直進して投射されるので、液晶ライトバルブ100R、100Bにより形成される画像と、液晶ライトバルブ100Gにより形成される画像とは、左右反転の関係にある。
The lights modulated by the liquid crystal light valves 100R, 100G, and 100B are incident on the dichroic prism 212 from three directions. In this dichroic prism 212, R and B light is refracted at 90 degrees, while G light travels straight, so that images of primary colors of R and B are synthesized.
On the exit side of the dichroic prism 212, the optical path shift element 10 and the projection lens system 214 are sequentially arranged. Here, the optical path shift element 10 shifts outgoing light in a predetermined direction with respect to incident light, as will be described in detail later, and the projection lens system 214 generates a composite image via the optical path shift element 10. The projection is enlarged and projected onto the screen 300.
Since light corresponding to the primary colors of R, G, and B corresponding to the liquid crystal light valves 100R, 100G, and 100B is incident by the dichroic mirrors 208a and 208b, it is not necessary to provide a color filter.
Further, the transmission images of the liquid crystal light valves 100R and 100B are projected after being reflected by the dichroic prism 212, whereas the transmission image of the liquid crystal light valve 100G is projected straight through the dichroic prism 212, so that the liquid crystal light An image formed by the valves 100R and 100B and an image formed by the liquid crystal light valve 100G are in a horizontally reversed relationship.

次に、プロジェクタ1の電気的な構成について図2を参照して説明する。
この図において、制御回路50は、液晶ライトバルブ100R、100Gおよび100Bに対するデータ信号の書込動作や、光路シフト素子10における光路シフトの動作、さらには画像信号処理回路60におけるデータ信号の供給を制御するものである。
ここで、制御回路50は、液晶ライトバルブ100R、100Gおよび100Bに対しては、最初の1行目から最終の1080行目までの走査線を1行ずつ順番に選択するとともに、選択した走査線に位置する1列目から1920列目までの画素の液晶層に、データ信号Rv、Gv、Bvが書き込まれるよう制御する。
また、制御回路50は、次のような駆動信号Asを光路シフト素子10に供給する。すなわち、本実施形態において、制御回路50は、図6に示されるように、電圧+Va、−Vaのいずれかを半周期Ts/2毎に交互にとるパルス信号を、駆動信号Asとして光路シフト素子10に供給する。
ここで、本実施形態において半周期Ts/2は、液晶ライトバルブ100、100Gおよび100Bにおけるフレームの周期Tf(16.7ミリ秒)よりも短く設定されている。このため、本実施形態では、1フレーム分の画像を表示している期間の途中で、必ず駆動信号Asの電圧が切り替わることになる。
画像信号処理回路60は、図示省略した外部装置から供給される画像信号Vidを、R(赤)、G(緑)、B(青)の原色成分に分離するとともに、それぞれ液晶ライトバルブ100R、100Gおよび100の駆動に適したデータ信号Rv、Gv、Bvに変換して供給するものである。本実施形態では、上述したようにノーマリーホワイトモードとしているので、階調が暗くなるにつれて液晶層への印加電圧が高くなるような電圧のデータ信号に変換する。
Next, the electrical configuration of the projector 1 will be described with reference to FIG.
In this figure, the control circuit 50 controls the data signal writing operation to the liquid crystal light valves 100R, 100G and 100B, the optical path shift operation in the optical path shift element 10, and the supply of the data signal in the image signal processing circuit 60. To do.
Here, for the liquid crystal light valves 100R, 100G, and 100B, the control circuit 50 sequentially selects the scanning lines from the first row to the last 1080 rows one by one, and the selected scanning lines. Control is performed so that the data signals Rv, Gv, and Bv are written in the liquid crystal layers of the pixels in the first column to the 1920th column that are positioned at.
Further, the control circuit 50 supplies the following drive signal As to the optical path shift element 10. That is, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, the control circuit 50 uses the pulse signal that alternately takes one of the voltages + Va and −Va every half cycle Ts / 2 as the drive signal As, as an optical path shift element. 10 is supplied.
In this embodiment, the half cycle Ts / 2 is set shorter than the frame cycle Tf (16.7 milliseconds) in the liquid crystal light valves 100, 100G, and 100B. For this reason, in the present embodiment, the voltage of the drive signal As is always switched during the period in which an image for one frame is displayed.
The image signal processing circuit 60 separates an image signal Vid supplied from an external device (not shown) into primary color components of R (red), G (green), and B (blue), and liquid crystal light valves 100R and 100G, respectively. And data signals Rv, Gv, and Bv suitable for driving 100 and 100 are supplied. In the present embodiment, since the normally white mode is used as described above, it is converted into a data signal having a voltage that increases the voltage applied to the liquid crystal layer as the gray level becomes darker.

次に、光路シフト素子10の詳細について説明する。図3は、光路シフト素子10の構成を示す図である。
この図に示されるように光路シフト素子10は、一対の透明な基板12a、12bを一定の間隙を保って対向配置させるとともに、この間隙に液晶16が充填された構成となっている。詳細には、光路シフト素子10は、基板12a、12bのうち、少なくとも一方に、この例では、基板12aにおける基板12bと対向する面に配向膜14が形成されており、この配向膜14と基板12bとの間に、ホメオトロピック配向をなすキラルスメクチックC相からなり、自発分極が正である液晶16が充填された構成となっている。
光路シフト素子10では、さらに、目的とする光偏向方向に対応させた一対の電極18a、18bが配置される。このうち、電極18aには、駆動信号Asが供給される一方、電極18bは、電圧ゼロの電位Gndに接地されている。
なお、電極18a、18bは、液晶16の回転軸に対して垂直方向の電界を印加する電界印加手段として機能する。また、図3は、電極18a、18bを、基板12a、12bと一体化した構成を示しているが、基板12a、12bに対して分離させて設けても良い。さらにまた、電極18a、18bを、基板12a、12bのセルギャップを規定するためのスペーサと兼用させても良い。
Next, details of the optical path shift element 10 will be described. FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the optical path shift element 10.
As shown in this figure, the optical path shifting element 10 has a configuration in which a pair of transparent substrates 12a and 12b are arranged opposite to each other while maintaining a certain gap, and the liquid crystal 16 is filled in the gap. Specifically, the optical path shift element 10 has an alignment film 14 formed on at least one of the substrates 12a and 12b, in this example, on the surface of the substrate 12a that faces the substrate 12b. The liquid crystal 16 which consists of a chiral smectic C phase which makes homeotropic alignment between 12b, and has a positive spontaneous polarization is filled.
In the optical path shift element 10, a pair of electrodes 18a and 18b corresponding to the target light deflection direction are further arranged. Of these, the drive signal As is supplied to the electrode 18a, while the electrode 18b is grounded to a potential Gnd of zero voltage.
The electrodes 18 a and 18 b function as an electric field applying unit that applies an electric field in a direction perpendicular to the rotation axis of the liquid crystal 16. FIG. 3 shows a configuration in which the electrodes 18a and 18b are integrated with the substrates 12a and 12b, but they may be provided separately from the substrates 12a and 12b. Furthermore, the electrodes 18a and 18b may also be used as spacers for defining the cell gap of the substrates 12a and 12b.

ここで、光路シフト素子10による光路シフトの原理について説明しておく。
便宜的に、図3において、電極18a、18bによる電界印加方向をX軸(電極18a→18bの方向を正)、紙面垂直方向をY軸(紙面奥側から手前側を正)、基板12a、12bの基板面法線方向をZ軸(基板12a→12bを正)とした直交座標系を規定する。
このように規定した直交座標系において、ダイクロイックプリズム212の出射光は、Z軸方向に沿って入射するように、光路シフト素子10が配置する。また、光路シフト素子10は、電界印加方向に直交するY軸が液晶ライトバルブ100R、100Gおよび100Bの出射側に設けられる偏光板の透過軸と一致するように、光路シフト素子10が配置する。
Here, the principle of the optical path shift by the optical path shift element 10 will be described.
For convenience, in FIG. 3, the direction of electric field applied by the electrodes 18a and 18b is the X axis (the direction of the electrodes 18a → 18b is positive), the vertical direction of the paper is the Y axis (the front side from the back side of the paper is positive), the substrate 12a, An orthogonal coordinate system with the substrate surface normal direction of 12b as the Z axis (substrate 12a → 12b is positive) is defined.
In the orthogonal coordinate system thus defined, the light path shift element 10 is arranged so that the light emitted from the dichroic prism 212 is incident along the Z-axis direction. The optical path shift element 10 is arranged so that the Y axis orthogonal to the electric field application direction coincides with the transmission axis of the polarizing plate provided on the emission side of the liquid crystal light valves 100R, 100G, and 100B.

図4(a)および(b)は、図3に示した光路シフト素子10をZ軸正方向(すなわち出射側)からみて90度時計回りに回転させた構成の端面をそれぞれ示している。このため、図4(a)および(b)において電極18aが紙面奥側に位置し、電極18bが紙面手前に位置している。
電極18aには、上述したように駆動信号Asが供給されるが、その印加電圧は、本実施形態では電圧+Vaまたは−Vaのいずれか一方である。ここで、駆動信号Asの電圧が+Vaであるとき、電界印加方向は、X軸正方向、すなわち、図4(a)において紙面奥から手前方向となるので、自発分極が正である液晶16のダイレクタ(巨視的な分子)16cは、同図に示されるような第1配向状態で分布する。一方、駆動信号Asの電圧が−Vaであるとき、電界印加方向は、X軸負方向、すなわち、図4(b)において紙面手前から奥側方向となるので、ダイレクタ16cは、同図に示されるような第2配向状態で分布する。すなわち、ダイレクタ16cは、いずれにしても、それぞれY−Z平面に沿って傾斜する。
FIGS. 4A and 4B respectively show end surfaces of a configuration in which the optical path shift element 10 shown in FIG. 3 is rotated 90 degrees clockwise as viewed from the positive Z-axis direction (that is, the emission side). For this reason, in FIG. 4A and FIG. 4B, the electrode 18a is located on the back side of the drawing, and the electrode 18b is located on the front side of the drawing.
The drive signal As is supplied to the electrode 18a as described above, and the applied voltage is either the voltage + Va or -Va in this embodiment. Here, when the voltage of the drive signal As is + Va, the electric field application direction is the positive direction of the X axis, that is, the forward direction from the back of the page in FIG. 4A, so that the spontaneous polarization is positive in the liquid crystal 16. The director (macroscopic molecule) 16c is distributed in the first orientation state as shown in FIG. On the other hand, when the voltage of the drive signal As is −Va, the electric field application direction is the X-axis negative direction, that is, the front side to the back side in FIG. 4B, and the director 16c is shown in FIG. Distributed in the second orientation state. That is, in any case, the director 16c is inclined along the YZ plane.

ダイレクタ16cが、第1または第2配向状態になると、Z軸方向に沿った入射光は、ダイレクタ16cを通過する際の複屈折により、Y軸に沿った方向にシフトすることになる。
いま、光路シフト素子10における光の入射・出射方向であるZ軸に対して、ダイレクタ16cの傾斜角をθ、ダイレクタ16cの長軸方向の屈折率をne、短軸方向の屈折率をnoとする。
光路シフト素子10に入射する光は、液晶ライトバルブ100R、100Gおよび100Bの出射側に設けられた偏光板を透過したものであるから、その偏光方向は、図4におけるY軸方向である。ここで、Y軸方向の直線偏光が、光路シフト素子10に入射したときにおける入射方向の屈折率は、屈折率no、neを主軸に有する屈折率楕円体において当該楕円体中心を通過する光の関係から、ダイレクタ16cの傾斜角θ、屈折率no、neから求められるが、詳細については省略する。ただし、当該入射光は、その屈折率に応じた偏向を受けて、第1配向状態であれば図4(a)に示されるようにY軸正方向に、第2配向状態であれば図4(b)に示されるようにY軸負方向に、それぞれ基板法線方向である入射光の直進方向に対してシフト量Saだけシフトする。
ここで、基板12a(配向膜14)と基板12bとのセルギャップ(液晶層の厚み)をdとするとき、シフト量Saは、次式で表される。
Sa={(1/no)−(1/ne)}2cos2θ・d
÷[2{(1/ne)2sin2θ+(1/no)2cos2θ・d}]…(1)
When the director 16c is in the first or second orientation state, incident light along the Z-axis direction is shifted in the direction along the Y-axis due to birefringence when passing through the director 16c.
The tilt angle of the director 16c is θ, the refractive index in the major axis direction of the director 16c is ne, and the refractive index in the minor axis direction is no with respect to the Z axis that is the light incident / exit direction in the optical path shift element 10. To do.
Since the light incident on the optical path shift element 10 is transmitted through the polarizing plate provided on the emission side of the liquid crystal light valves 100R, 100G, and 100B, the polarization direction is the Y-axis direction in FIG. Here, when the linearly polarized light in the Y-axis direction is incident on the optical path shift element 10, the refractive index in the incident direction is that of light passing through the center of the ellipsoid in a refractive index ellipsoid having refractive indexes no and ne as principal axes. From the relationship, it is obtained from the inclination angle θ of the director 16c and the refractive indexes no and ne, but the details are omitted. However, the incident light is deflected according to its refractive index, and in the first orientation state, the incident light is in the Y-axis positive direction as shown in FIG. 4A, and in the second orientation state, FIG. As shown in (b), the shift amount Sa is shifted in the Y-axis negative direction with respect to the straight traveling direction of the incident light, which is the normal direction of the substrate.
Here, when the cell gap (the thickness of the liquid crystal layer) between the substrate 12a (alignment film 14) and the substrate 12b is d, the shift amount Sa is expressed by the following equation.
Sa = {(1 / no) 2 − (1 / ne) 2 } 2 cos 2θ · d
÷ [2 {(1 / ne) 2 2sin 2θ + (1 / no) 2 2cos 2θ · d}] (1)

このように、光路シフト素子10では、電極18aに印加する駆動信号Asの電圧を+Vaまたは−Vaの一方から他方へ切り替えることによって、入射光の直進方向に対し出射光が2Saだけ光路がシフトすることになる。   As described above, in the optical path shift element 10, by switching the voltage of the drive signal As applied to the electrode 18 a from one of + Va or −Va to the other, the optical path of the emitted light is shifted by 2Sa with respect to the straight traveling direction of the incident light. It will be.

続いて、光路シフト素子10の光路シフトによって、スクリーン300に投射される画像にどのような変化を与えるか、という点について説明する。図5は、投射画像が光路シフトによって偏位した(ずれた)様子を示す図である。この図において、実線は、光路シフト素子10において液晶が第1配向状態となっている場合の光路を示し、破線は、光路シフト素子10において液晶が第2配向状態となっている場合の光路を示す。そして、液晶ライトバルブ100R(100G、100B)の出射光が光路シフト素子10によってシフト量2Saだけシフトされたとき、当該シフトは、スクリーン300上の投射画像において拡大されて、2Sbの偏位として現れる。
なお、実際には、図1に示されるように、液晶ライトバルブ100R、100Gおよび100Bの透過したことによる3色の画像がダイクロイックプリズム212によって合成され、その合成光が、光路シフト素子10によって光路シフトされることになるが、液晶ライトバルブ100R、100Gおよび100Bは、光路シフト素子10からみると、互いに光路長が等しい位置関係にあるので、図5では、液晶ライトバルブ100Rのみを示している。また、投射レンズ系214については、図1と比較して簡易的に示している。
Next, a description will be given of how the image projected on the screen 300 is changed by the optical path shift of the optical path shift element 10. FIG. 5 is a diagram illustrating a state in which the projection image is displaced (shifted) due to the optical path shift. In this figure, the solid line indicates the optical path when the liquid crystal is in the first alignment state in the optical path shift element 10, and the broken line indicates the optical path when the liquid crystal is in the second alignment state in the optical path shift element 10. Show. When the light emitted from the liquid crystal light valve 100R (100G, 100B) is shifted by the shift amount 2Sa by the optical path shift element 10, the shift is enlarged in the projected image on the screen 300 and appears as a displacement of 2Sb. .
In practice, as shown in FIG. 1, three color images resulting from transmission through the liquid crystal light valves 100R, 100G, and 100B are combined by the dichroic prism 212, and the combined light is optically shifted by the optical path shift element 10. Although the liquid crystal light valves 100R, 100G, and 100B have the same positional relationship with each other when viewed from the optical path shift element 10, only the liquid crystal light valve 100R is shown in FIG. . Further, the projection lens system 214 is shown in a simplified manner as compared with FIG.

さて、図6は、液晶ライトバルブによる画像の更新と光路シフト素子10への駆動信号Asとの関係を示す図である。
上述したように液晶ライトバルブ100R、100Gおよび100Bでは、1行目から1080行目までの走査線が順番に選択されて、選択された走査線に位置する画素に対してデータ信号が供給される。ここで、図6において、記号■は、走査線1行分の選択を示しており、これがフレームの周期Tfにわたって1行目から1080行目まで順番に選択されている状態を示している。ここで、記号■の右側に位置する領域は、当該記号■の選択によって書き込まれたデータ信号の電圧に対応する階調で保持された期間を示している。したがって、図6では、フレームの画像がフレームの周期Tf(16.7ミリ秒)毎に順次更新される様子が示されている。
ここで、本実施形態では、半周期Ts/2は、フレームの周期Tf(16.7ミリ秒)よりも短く設定されているので、同一フレームの画像を表示している期間においては、駆動信号Asの電圧が+Vaとなっている状態と、−Vaとなっている状態との2状態が存在する。
このため、本実施形態において、同一フレームの画像は、駆動信号Asが電圧+Vaとなって光路シフト素子10の液晶が第1配向状態となったときに投射される期間と、駆動信号Asが電圧−Vaとなって光路シフト素子10の液晶が第2配向状態となったときに投射される期間とに分かれる。
なお、光路シフト素子10に用いられる液晶16の光学的応答速度は1ミリ秒未満であり、液晶ライトバルブ100R、100Gおよび100Bの光学的応答速度と比較して十分に高速である。このため、Ts/2<Tfと設定することは可能である。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the image update by the liquid crystal light valve and the drive signal As to the optical path shift element 10.
As described above, in the liquid crystal light valves 100R, 100G, and 100B, the scanning lines from the first line to the 1080th line are selected in order, and the data signal is supplied to the pixels located on the selected scanning line. . Here, in FIG. 6, symbol ■ indicates selection for one scanning line, and this indicates a state in which selection is performed in order from the first line to the 1080th line over the frame period Tf. Here, the region located on the right side of the symbol ■ indicates the period held at the gradation corresponding to the voltage of the data signal written by the selection of the symbol ■. Therefore, FIG. 6 shows a state in which the image of the frame is sequentially updated every frame period Tf (16.7 milliseconds).
Here, in the present embodiment, since the half cycle Ts / 2 is set shorter than the frame cycle Tf (16.7 milliseconds), the drive signal is displayed during the period in which the image of the same frame is displayed. There are two states, a state where the voltage of As is + Va and a state where it is −Va.
For this reason, in the present embodiment, the image of the same frame includes the period projected when the drive signal As is the voltage + Va and the liquid crystal of the optical path shift element 10 is in the first alignment state, and the drive signal As is the voltage. It is divided into the period projected when -Va and the liquid crystal of the optical path shift element 10 is in the second alignment state.
Note that the optical response speed of the liquid crystal 16 used in the optical path shift element 10 is less than 1 millisecond, which is sufficiently higher than the optical response speed of the liquid crystal light valves 100R, 100G, and 100B. For this reason, it is possible to set Ts / 2 <Tf.

図7の(b)は、スクリーン300上の投射画像の部分拡大図である。この図に示されるように、本実施形態では、第2配向状態となっているときの光路によって投射される画像は、第1配向状態となっているときの光路によって投射される画像に対して、画素配列に対して斜め方向に、距離2Sbだけ偏位している。
なお、光路シフト素子10において入射光の直線偏光方向と電界印加方向とは直交し(図4参照)、当該直線偏光方向は、液晶ライトバルブ100R、100Gおよび100Bの出射側に配置する偏光板の透過軸と一致する。このため、液晶ライトバルブ100R、100Gおよび100Gの出射側偏光板の透過軸を、画素配列に対して斜め方向とし、この斜め方向に光路シフト素子のY軸が一致するように設定すればよい。また、液晶ライトバルブ100R、100Gおよび100Bの入射側の偏光板は、出射側の透過軸に対して直交する方向に合わせれば良い(液晶ライトバルブ100R、100G、100Bにおける液晶の配向方向もこれらの透過軸方向に合わせることは言うまでもない)。
FIG. 7B is a partially enlarged view of a projected image on the screen 300. As shown in this figure, in this embodiment, the image projected by the optical path when in the second orientation state is the image projected by the optical path when in the first orientation state. In the diagonal direction with respect to the pixel array, it is deviated by the distance 2Sb.
In the optical path shift element 10, the linear polarization direction of incident light and the electric field application direction are orthogonal to each other (see FIG. 4), and the linear polarization direction of the polarizing plate disposed on the output side of the liquid crystal light valves 100R, 100G, and 100B. It coincides with the transmission axis. For this reason, the transmission axes of the output side polarizing plates of the liquid crystal light valves 100R, 100G, and 100G may be set to be oblique with respect to the pixel arrangement, and the Y axis of the optical path shift element may be set to coincide with the oblique direction. In addition, the polarizing plates on the incident side of the liquid crystal light valves 100R, 100G, and 100B may be aligned with the direction orthogonal to the transmission axis on the outgoing side (the liquid crystal alignment directions in the liquid crystal light valves 100R, 100G, and 100B are also those It goes without saying that it is aligned with the transmission axis direction).

さて、図7(b)に示されるように、画素の形状は略正方形であり、この正方形同士の隙間がブラックマトリクスである。
ここで、光路シフト素子が存在しなければ、投射画像において画素の偏位は発生しないので、ブラックマトリクスに相当する部分は、図7(a)に示されるように、常に暗状態(図面ではハッチングが付されていない白色部分)となり、格子状パターンが目立ってしまう。これに対し、本実施形態によれば、図7(b)に示されるように、光路シフトにより投射される画像が偏位するので、ブラックマトリクスに相当する部分も偏位する結果、光路シフト素子の液晶が第1配向状態であったときに表示されたブラックマトリクスには、液晶が第2配向状態となったときに表示される画素が重ねられる。このため、本実施形態では、格子状のパターンが視認されにくくなるのである。
Now, as shown in FIG. 7B, the shape of the pixel is a substantially square, and the gap between the squares is a black matrix.
Here, if there is no optical path shift element, pixel displacement does not occur in the projected image, so the portion corresponding to the black matrix is always in a dark state (hatched in the drawing) as shown in FIG. (A white part not marked with), and the lattice pattern becomes conspicuous. On the other hand, according to the present embodiment, as shown in FIG. 7B, the image projected by the optical path shift is deviated. As a result, the portion corresponding to the black matrix is also deviated. The pixels displayed when the liquid crystal is in the second alignment state are overlaid on the black matrix displayed when the liquid crystal is in the first alignment state. For this reason, in this embodiment, it becomes difficult to visually recognize a lattice pattern.

この例では、光路シフト素子10による光路シフト方向を画素配列に対して斜め方向としているが、図8に示されるように画素配列の一方方向、すなわち、画素の形状の上下方向としても良い。このように、上下方向にシフトさせると、上下方向のストライプ状に形成されたブラックマトリクスを効果的に目立たなくすることが可能となる。なお、このようにシフトさせるには、光路シフト素子のY軸方向を、画素配列の上下方向に一致させれば良い。
なお、この例では、画素の形状については略正方形としているが、例えば平行四辺形や、台形、五角形、六角形、八角形などであって良い。
また、光路シフト方向を画素配列の他方方向、すなわち、画素形状の左右方向としても良い。左右方向にシフトさせた場合については特に図示していないが、左右方向のストライプ状に形成されたブラックマトリクスを効果的に目立たなくすることが可能となる。なお、このようにシフトさせるには、光路シフト素子のY軸方向を、画素配列の左右方向に一致させれば良い。
In this example, the optical path shift direction by the optical path shift element 10 is an oblique direction with respect to the pixel array, but it may be one direction of the pixel array, that is, the vertical direction of the pixel shape as shown in FIG. As described above, when the vertical shift is performed, the black matrix formed in the vertical stripe shape can be effectively inconspicuous. In order to shift in this way, the Y-axis direction of the optical path shift element may be matched with the vertical direction of the pixel array.
In this example, the pixel has a substantially square shape, but may be a parallelogram, a trapezoid, a pentagon, a hexagon, an octagon, or the like.
The optical path shift direction may be the other direction of the pixel arrangement, that is, the left-right direction of the pixel shape. Although not shown in particular in the case of shifting in the left-right direction, the black matrix formed in a stripe shape in the left-right direction can be effectively made inconspicuous. In order to shift in this way, the Y-axis direction of the optical path shift element may be matched with the left-right direction of the pixel array.

本実施形態では、光路シフト素子10が、液晶16の複屈折を用いて、ライトバルブの出射光を光路シフトしているので、複屈折性を有する非線形光学結晶を用いた方式と比較して低コストを図ることができる。
また、この実施形態では、後述する第2および第3実施形態と比較すると、用いる光路シフト素子が1つで済み、また、二分の一波長板も不要であるので、構成の簡易化を図ることができる。
なお、本実施形態において、光路シフト素子10では、第1および第2配向状態のときの出射光が入射光の直進方向に対して対称であるとして説明したが、ブラックマトリクスを目立たなくする効果は、シフト量がゼロでなければ良い。このため、液晶の平均傾斜角が印加電圧によって異なりさえすれば良い。
ここで、本発明で述べる液晶分子の傾斜角とは、液晶の光軸(液晶分子の長軸)方向と、基板法線方向となす角度θであり、液晶の屈折率no、neを予め測定しておくことにより、コノスコープ像の観察を通して用意に求めることができる。また、平均傾斜角の「平均」とは、液晶分子が複数であることに起因するが、コノスコープ像における十字線の位置の変化は、複数の液晶分子の平均傾斜角が変化したことに他ならない。
In the present embodiment, the optical path shift element 10 uses the birefringence of the liquid crystal 16 to shift the optical path of the light emitted from the light valve, so that the optical path shift element 10 is low in comparison with a method using a nonlinear optical crystal having birefringence. Cost can be reduced.
Further, in this embodiment, compared to the second and third embodiments described later, only one optical path shift element is used, and a half-wave plate is not required, so that the configuration can be simplified. Can do.
In the present embodiment, the optical path shift element 10 has been described on the assumption that the emitted light in the first and second alignment states is symmetric with respect to the straight direction of the incident light. However, the effect of making the black matrix inconspicuous is as follows. If the shift amount is not zero, it is good. For this reason, the average tilt angle of the liquid crystal only needs to be different depending on the applied voltage.
Here, the tilt angle of the liquid crystal molecules described in the present invention is an angle θ between the optical axis of the liquid crystal (the long axis of the liquid crystal molecules) and the normal direction of the substrate, and the refractive indexes no and ne of the liquid crystal are measured in advance. By doing so, it can be easily obtained through observation of a conoscopic image. In addition, the “average” of the average tilt angle is due to the fact that there are a plurality of liquid crystal molecules, but the change in the position of the cross line in the conoscopic image is due to the change in the average tilt angle of the plurality of liquid crystal molecules. Don't be.

この例では、駆動信号Asを光路シフト素子10に供給する制御回路50を、別体として取り扱っているが、光路シフト素子10に制御回路50を内蔵したり一体化したりするなどにより、光路シフト素子について、制御回路を含めて概念することも可能である。このため、光路シフトの動作を制御するために、液晶ライトバルブ100、100Gおよび100Bにおけるフレームの期間内に光路シフト素子の印加電界を変化させる様に制御する制御回路50を、光路シフト素子10に含めても良い。   In this example, the control circuit 50 that supplies the drive signal As to the optical path shift element 10 is handled as a separate body. However, the optical path shift element can be integrated by incorporating the control circuit 50 in the optical path shift element 10 or by integrating it. It is also possible to conceptualize including the control circuit. For this reason, in order to control the operation of the optical path shift, the control circuit 50 for controlling the applied electric field of the optical path shift element to change within the frame period in the liquid crystal light valves 100, 100G and 100B is provided in the optical path shift element 10. May be included.

また、光路シフト素子10では、電極18a、18bの印加電圧に応じて、シフト量を調整することができる。このため、図9に示されるように、ボリュームのような操作子52を設けるとともに、この操作子10による操作量に応じて、制御回路50が、図10に示されるように電圧+Va、−Vaの振幅を調整すると、ユーザは、投射された画像を見ながら最も適切な(ブラックマトリクスが最も目立たなくなる)シフト量を設定することが可能となる。なお、この構成において制御回路50および操作子52が、シフトの量を調整する調整手段として機能する。
また、ここでいう調整において、駆動電圧Asの振幅値をゼロに設定できるようにしても良い。振幅値がゼロに設定されると、光路シフト素子10において光路シフトが発生しなくなるが、ユーザが光路シフトを望まない場合にその意図を反映することができる。
Further, in the optical path shift element 10, the shift amount can be adjusted according to the voltage applied to the electrodes 18a and 18b. For this reason, as shown in FIG. 9, an operation element 52 such as a volume is provided, and the control circuit 50 controls the voltages + Va and -Va as shown in FIG. By adjusting the amplitude of, the user can set the most appropriate shift amount (the black matrix is least noticeable) while viewing the projected image. In this configuration, the control circuit 50 and the operator 52 function as adjusting means for adjusting the shift amount.
In the adjustment described here, the amplitude value of the drive voltage As may be set to zero. When the amplitude value is set to zero, the optical path shift does not occur in the optical path shift element 10, but the intention can be reflected when the user does not want the optical path shift.

一方、適切なシフト量は、表示される画像の種別、例えば、動画、静止画の区別のほか、シネマ、OA、ゲーム、テレビションなどの映像ソースの種類などによっても異なる場合がある。このため、これらの種別に応じて、駆動信号Asの電圧振幅をプリセットしておくとともに、入力した画像信号Vidの種別をユーザが指定して、指定された画像信号Vidの種別に応じて駆動信号Asの電圧振幅を制御回路50が設定して、入力した画像信号Vidに応じた適切なシフト量を設定する構成としても良い。
あるいは、図11に示されるように、判別回路54が入力画像信号Vidの種別を判別して、その判別結果に応じた駆動信号Asの電圧振幅を制御回路50が設定する構成としても良い。この構成において制御回路50および判別回路54が、入力した画像信号に応じてシフトの量を切り替える手段として機能する。
On the other hand, the appropriate shift amount may differ depending on the type of image to be displayed, for example, the type of video source such as cinema, OA, game, and television as well as the distinction between moving images and still images. Therefore, the voltage amplitude of the drive signal As is preset according to these types, the user specifies the type of the input image signal Vid, and the drive signal according to the type of the specified image signal Vid. The control circuit 50 may set the voltage amplitude of As to set an appropriate shift amount according to the input image signal Vid.
Alternatively, as shown in FIG. 11, the determination circuit 54 may determine the type of the input image signal Vid, and the control circuit 50 may set the voltage amplitude of the drive signal As corresponding to the determination result. In this configuration, the control circuit 50 and the discrimination circuit 54 function as means for switching the shift amount in accordance with the input image signal.

<第1実施形態の変形例:その1>
次に、第1実施形態において、駆動信号Asの半周期Ts/2とフレームの周期Tfとの関係を変更した変形例(その1)について説明する。
第1実施形態では、駆動信号Asの半周期Ts/2をフレームの周期Tfよりも短くして、Ts/2<Tfとしたが、この変形例では、図12に示されるように、Ts/2=Tfとしたものである。
同図に示されるように、電圧+Va、−Vaの切替タイミングについては、フレームと一致させなければ、同一のフレームを表示している期間において光路シフトが発生することになる。
なお、あるフレームの期間のうち、駆動信号Asが電圧+Vaとなる期間をTfaとし、駆動信号Asが電圧−Vaとなる期間をTfbとしたとき、走査線の位置に応じて期間Tfa、Tfbとなる割合が異なる。すなわち、第1配向状態に対応してシフトされた位置で表示される期間Tfaと、第2配向状態に対応してシフトされた位置で表示される期間Tfbとの割合が、走査線の位置に応じて異なる。ただし、ブラックマトリクスを目立たなくすることができる点においてかわりはない。このようにTs/2=Tfに設定すると、光路シフト素子の駆動周期を、図6と比較して低く抑えることができる、という利点がある。
<Modification of First Embodiment: Part 1>
Next, a modified example (part 1) in which the relationship between the half cycle Ts / 2 of the drive signal As and the frame cycle Tf is changed in the first embodiment will be described.
In the first embodiment, the half cycle Ts / 2 of the drive signal As is set shorter than the frame cycle Tf to satisfy Ts / 2 <Tf. However, in this modification, as shown in FIG. 12, Ts / 2 = Tf.
As shown in the figure, if the switching timing of the voltages + Va and -Va does not coincide with the frame, an optical path shift occurs during the period in which the same frame is displayed.
Note that, in a period of a frame, when a period in which the drive signal As is the voltage + Va is Tfa and a period in which the drive signal As is the voltage −Va is Tfb, the periods Tfa and Tfb are set according to the position of the scanning line. The ratios are different. That is, the ratio of the period Tfa displayed at the position shifted corresponding to the first alignment state and the period Tfb displayed at the position shifted corresponding to the second alignment state is the position of the scanning line. Depending on. However, there is no change in that the black matrix can be made inconspicuous. Thus, when Ts / 2 = Tf is set, there is an advantage that the driving period of the optical path shift element can be suppressed to be lower than that in FIG.

<第1実施形態の変形例:その2>
続いて、第1実施形態において、駆動信号Asの半周期Ts/2とフレームの周期Tfとの関係を変更した変形例(その2)について説明する。
この変形例では、図13に示されるように、フレームの周期Tfを16.7ミリ秒よりも短くして、Ts/2>Tfとしたものである。
このため、液晶ライトバルブによる画像が複数回更新されてから、光路シフト素子10による光路シフトが発生する。すなわち、連続する2以上のフレームを表示している期間において光路シフトが発生することになる。
このように、Ts/2>Tfに設定する理由は、静止画や比較的動きが遅い動画を表示する場合であれば、1フレーム内においてシフト位置を切り替える必要がないためである。ただし、光路シフト素子による光路シフトに起因したフリッカが認識されないように、光路シフト素子の駆動周波数を30Hz以上として、投射される画素が第1または第2配向状態に対応する位置を保つ時間を、16.7ミリ秒以下となるようにすることが望ましい。また、適用する液晶ライトバルブ100R、100Gおよび100Bは、高速応答性を有するものが好ましい。
<Modification of First Embodiment: Part 2>
Next, a modified example (part 2) in which the relationship between the half cycle Ts / 2 of the drive signal As and the frame cycle Tf in the first embodiment is changed will be described.
In this modification, as shown in FIG. 13, the frame period Tf is shorter than 16.7 milliseconds, and Ts / 2> Tf.
For this reason, after the image by the liquid crystal light valve is updated a plurality of times, the optical path shift by the optical path shift element 10 occurs. That is, an optical path shift occurs during a period in which two or more consecutive frames are displayed.
In this way, the reason for setting Ts / 2> Tf is that there is no need to switch the shift position within one frame when displaying a still image or a moving image that moves relatively slowly. However, in order to prevent flicker caused by the optical path shift by the optical path shift element from being recognized, the time for which the projected pixel is kept at a position corresponding to the first or second orientation state with the drive frequency of the optical path shift element being 30 Hz or more, It is desirable to make it 16.7 milliseconds or less. Further, the liquid crystal light valves 100R, 100G, and 100B to be applied preferably have high-speed response.

<第1実施形態の変形例:その他>
上述したように、光路シフト素子10では、電極18a、18bの印加電圧に応じて、シフト量が調整されるので、駆動信号Asについては、電圧+Va、−Vaのいずれかとなるパルス信号ではなく、電圧+Va、−Vaをピーク値とする正弦波や三角波のようなアナログ信号としても良い。
このように、駆動信号Asを電圧+Va、−Vaをピーク値とするアナログ信号としたとき、投射される画像の画素は、図6(b)において、第1配向状態に対応する位置から第2配向状態に対応する位置まで、または、その逆方向に、連続的に移動するので、ブラックマトリクスを、より目立たなくすることができるとともに、画素配置の2箇所のいずれかにとどまることによって投射される画素が局所的に明るくなる弊害を是正することも可能となる。
<Modification of First Embodiment: Others>
As described above, in the optical path shift element 10, the shift amount is adjusted according to the voltage applied to the electrodes 18 a and 18 b, so that the drive signal As is not a pulse signal that is either the voltage + Va or −Va, It may be an analog signal such as a sine wave or a triangular wave with the voltages + Va and -Va as peak values.
As described above, when the drive signal As is an analog signal having the voltages + Va and −Va as the peak values, the pixels of the projected image are second from the position corresponding to the first orientation state in FIG. The black matrix can be made less noticeable and projected by staying in one of the two locations of the pixel arrangement because it moves continuously to the position corresponding to the orientation state or in the opposite direction. It is also possible to correct the adverse effect of locally brightening pixels.

<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係るプロジェクタについて説明する。図14は、その光学的な構成を示す平面図である。
この図に示されるように、第2実施形態に係るプロジェクタ2は、第1実施形態(図1参照)における光路シフト素子10に代えて、光路シフトデバイス30を用いたものである。
Second Embodiment
Next, a projector according to a second embodiment of the invention will be described. FIG. 14 is a plan view showing the optical configuration.
As shown in this figure, the projector 2 according to the second embodiment uses an optical path shift device 30 instead of the optical path shift element 10 in the first embodiment (see FIG. 1).

図16は、光路シフトデバイス30の構成を示す斜視図である。この図に示されるように、光路シフトデバイス30は、第1実施形態と同様な光路シフト素子10と、当該光路シフト素子10と同構成の光路シフト素子20と、光路シフト素子10、20の間に介挿された二分の一波長板15とにより構成される。ここで、光路シフト素子20は、光路シフト素子10の出射側であって、当該光路シフト素子10をZ軸正方向からみたときに時計回り90度回転させた位置関係にある。すなわち、光路シフト素子10、20は、液晶ライトバルブ100R、100Gおよび100Bによる出射光の経路において2個直列に、光路のシフト方向が互いに直交するように配列させた関係にある。
なお、光路シフト素子10における電極18a、18bがそれぞれX軸負側、X軸正側に位置するとき、光路シフト素子20における電極28a、28bがそれぞれY軸負側、Y軸正側に位置することになる。
また、光路シフト素子20における電極28aには駆動信号Bsが供給され、電極28bは電位Gndに接地されている。
FIG. 16 is a perspective view showing the configuration of the optical path shift device 30. As shown in this figure, the optical path shift device 30 includes an optical path shift element 10 similar to that of the first embodiment, an optical path shift element 20 having the same configuration as the optical path shift element 10, and the optical path shift elements 10 and 20. And a half-wave plate 15 inserted between the two. Here, the optical path shift element 20 is on the emission side of the optical path shift element 10 and has a positional relationship in which the optical path shift element 10 is rotated 90 degrees clockwise when viewed from the positive Z-axis direction. That is, two optical path shift elements 10 and 20 are arranged in series in the path of the emitted light by the liquid crystal light valves 100R, 100G, and 100B so that the shift directions of the optical paths are orthogonal to each other.
When the electrodes 18a and 18b in the optical path shift element 10 are located on the X axis negative side and the X axis positive side, respectively, the electrodes 28a and 28b in the optical path shift element 20 are located on the Y axis negative side and the Y axis positive side, respectively. It will be.
Further, the drive signal Bs is supplied to the electrode 28a in the optical path shift element 20, and the electrode 28b is grounded to the potential Gnd.

光路シフト素子10の出射光の偏光方向は、Y軸方向にあるので、この出射光が二分の一波長板15を通過したときに、その偏光方向はX軸方向に変換されて、光路シフト素子20に入射する。このため、光路シフト素子10の基板面に沿って90度回転した位置関係にある光路シフト素子20の光路シフト方向は、光路シフト素子10による光路シフト方向と直交するX軸方向となる。
なお、第2実施形態において、光路シフト素子10による光路シフト方向であるY軸方向は、液晶ライトバルブ100R、100Gおよび100Bの画素配列の斜め方向ではなく、図8と同様に上下方向に揃うように設定されている。したがって、光路シフト素子20による光路シフト方向であるX軸方向は、液晶ライトバルブ100R、100Gおよび100Bの画素配列の左右方向となる。
Since the polarization direction of the outgoing light of the optical path shift element 10 is in the Y-axis direction, when this outgoing light passes through the half-wave plate 15, the polarization direction is converted into the X-axis direction, and the optical path shift element 20 is incident. For this reason, the optical path shift direction of the optical path shift element 20 in a positional relationship rotated 90 degrees along the substrate surface of the optical path shift element 10 is the X-axis direction orthogonal to the optical path shift direction by the optical path shift element 10.
In the second embodiment, the Y-axis direction that is the optical path shift direction by the optical path shift element 10 is not the oblique direction of the pixel arrangement of the liquid crystal light valves 100R, 100G, and 100B, but is aligned in the vertical direction as in FIG. Is set to Therefore, the X-axis direction that is the optical path shift direction by the optical path shift element 20 is the left-right direction of the pixel arrangement of the liquid crystal light valves 100R, 100G, and 100B.

図15は、プロジェクタ2の電気的な構成を示すブロック図である。この図に示される構成が、第1実施形態(図2参照)と相違する点は、制御回路50が光路シフト素子10に駆動信号Asを供給するとともに、光路シフト素子20に駆動信号Bsを供給する点にある。
第2実施形態において、制御回路50が供給する駆動信号As、Bsは、図17に示される通りである。すなわち、第2実施形態では、駆動信号As、Bsは、いずれも電圧+Va、−Vaのいずれかを半周期Ts/2毎に交互にとる同一周波数のパルス信号であるが、駆動信号Asに対して駆動信号Bsの位相が90度遅延した関係にある。
また、本実施形態において、駆動信号As、Bsの周期Tsは、フレームの周期Tfと同じに設定され、さらに、駆動信号Bsが電圧+Vaから電圧−Vaに切り替わるタイミングと、フレームの開始(1行目の走査線が選択されるタイミング)とが一致するように設定されている。
このため、第2実施形態において、フレームの期間については、駆動信号As、Bsにおける電圧に応じて次のような4状態に分類することができる。すなわち、フレームの期間については、駆動信号As、Bsの電圧が、(−Va、−Va)となるA状態、(+Va、−Va)となるB状態、(+Va、+Va)となるC状態、および、(−Va、+Va)となるD状態に、それぞれ時系列的に分類することができる。
FIG. 15 is a block diagram showing an electrical configuration of the projector 2. The configuration shown in this figure is different from the first embodiment (see FIG. 2) in that the control circuit 50 supplies the drive signal As to the optical path shift element 10 and also supplies the drive signal Bs to the optical path shift element 20. There is in point to do.
In the second embodiment, the drive signals As and Bs supplied by the control circuit 50 are as shown in FIG. That is, in the second embodiment, the drive signals As and Bs are both pulse signals of the same frequency that alternately take one of the voltages + Va and −Va every half cycle Ts / 2, but with respect to the drive signal As. Thus, the phase of the drive signal Bs is delayed by 90 degrees.
In this embodiment, the cycle Ts of the drive signals As and Bs is set to be the same as the cycle Tf of the frame, and the timing at which the drive signal Bs switches from the voltage + Va to the voltage −Va and the start of the frame (one row). Is set to coincide with the timing at which the eye scanning line is selected.
For this reason, in the second embodiment, the frame period can be classified into the following four states according to the voltages in the drive signals As and Bs. That is, for the frame period, the A state where the voltages of the drive signals As, Bs are (−Va, −Va), the B state where (+ Va, −Va) is reached, the C state where (+ Va, + Va) is reached, And it can classify | categorize into D state used as (-Va, + Va) in time series, respectively.

図18は、第2実施形態に係るプロジェクタ2によってスクリーン300上に投射される画像の部分拡大図である。ある1フレームの表示期間においては、A状態、B状態、C状態、D状態という順番で進行し、このうち、B状態では、直前のA状態と比較して駆動信号Asの電圧が+Vaに切り替わるので、投射される画像は上方向に2Sbだけ偏位する。次に、C状態では、直前のB状態と比較して駆動信号Bsの電圧が+Vaに切り替わるので、投射される画像は左方向に2Sbだけ偏位する。さらに、D状態では、直前のC状態と比較して駆動信号Asの電圧が−Vaに切り替わるので、投射される画像は下方向に2Sbだけ偏位する。なお、次のフレームに移行すると、再びA状態になる。A状態では、直前のD状態と比較して駆動信号Bsの電圧が−Vaに切り替わるので、投射される画像は右方向に2Sbだけ偏位して元の位置に戻ることになる。
このため、本実施形態によれば、上下左右に偏位した4状態に相当する位置に画素がそれぞれ順番に投射されるので、第1実施形態と比較して、さらにブラックマトリクスを目立たなくすることが可能となる。
なお、第2実施形態においても、駆動信号As(Bs)について、第1実施形態と同様に、半周期Ts/2とフレームの周期Tfとの関係を変更する点や、電圧振幅を調整可能とする点、さらに、アナログ信号とする点などの適用が可能である。
FIG. 18 is a partially enlarged view of an image projected on the screen 300 by the projector 2 according to the second embodiment. In a display period of one frame, the A state, the B state, the C state, and the D state proceed in this order. Among these, in the B state, the voltage of the drive signal As is switched to + Va as compared with the immediately preceding A state. Therefore, the projected image is shifted upward by 2Sb. Next, in the C state, the voltage of the drive signal Bs is switched to + Va as compared with the immediately preceding B state, so that the projected image is deviated by 2Sb in the left direction. Further, in the D state, the voltage of the drive signal As is switched to -Va as compared with the immediately preceding C state, and thus the projected image is shifted downward by 2Sb. In addition, when it transfers to the next frame, it will be in A state again. In the A state, the voltage of the drive signal Bs is switched to -Va as compared with the immediately preceding D state, so that the projected image is shifted rightward by 2Sb and returned to the original position.
For this reason, according to the present embodiment, the pixels are sequentially projected at positions corresponding to the four states displaced vertically and horizontally, so that the black matrix is further inconspicuous compared to the first embodiment. Is possible.
Also in the second embodiment, the drive signal As (Bs) can be adjusted in terms of changing the relationship between the half cycle Ts / 2 and the frame cycle Tf and the voltage amplitude, as in the first embodiment. In addition, it is possible to apply an analog signal or the like.

<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態に係るプロジェクタについて説明する。
この第3実施形態では、縦1080行×横1920列の解像度で表示を行う液晶ライトバルブ100R、100Gおよび100Bを用いて、投射画像のサイズを変更せずに、実質的に縦720行×横1280列の解像度に落とした画像を表示するものである。
ここで、縦1080行×横1920列の解像度を、縦720行×横1280列の解像度に落とすということは、縦1080行×横1920列の解像度を2/3に落とすということであるから、縦3行×横3列の画素配列により、縦2行×横2列に相当する表示をすれば良いことになる。
しかしながら、液晶ライトバルブにおける縦1080行×横1920列の画素配列は物理的に固定であるので、補間処理等をしない場合には端数の画素が生じて2/3の解像度に落とすことができない。
そこで、第3実施形態では、図19に示されるように、ある1フレームを第1〜第4サブフィールドに分割し、各サブフィールドにおいてそれぞれ後述する表示を行うとともに、第1〜第4サブフィールドに対して光路シフトデバイス30のA、B、CおよびD状態をそれぞれ順番に割り当てる。
<Third Embodiment>
Next, a projector according to a third embodiment of the invention will be described.
In the third embodiment, the liquid crystal light valves 100R, 100G, and 100B that perform display with a resolution of vertical 1080 rows × horizontal 1920 columns are used to change the size of the projected image substantially without changing the size of the projected image. An image reduced to a resolution of 1280 columns is displayed.
Here, reducing the resolution of vertical 1080 rows × horizontal 1920 columns to the resolution of vertical 720 rows × horizontal 1280 columns means reducing the resolution of vertical 1080 rows × horizontal 1920 columns to 2/3. A display corresponding to vertical 2 rows × horizontal 2 columns may be performed by a pixel arrangement of vertical 3 rows × horizontal 3 columns.
However, since the pixel arrangement of vertical 1080 rows × horizontal 1920 columns in the liquid crystal light valve is physically fixed, fractional pixels are generated and cannot be reduced to 2/3 resolution without interpolation processing or the like.
Therefore, in the third embodiment, as shown in FIG. 19, a certain frame is divided into first to fourth subfields, each of the subfields is displayed later, and the first to fourth subfields are displayed. Are sequentially assigned to the A, B, C, and D states of the optical path shift device 30, respectively.

なお、第3実施形態に係るプロジェクタの構成は、光路シフトデバイス30を用いた第2実施形態(図14および図15)とほぼ同等である。ただし、第3実施形態では、1フレームが第1〜第4サブフィールドに分割されるので、制御回路50が、液晶ライトバルブ100R、100Gおよび100Bに対して、各サブフィードに応じた画像を形成するように制御するとともに、画像信号処理回路60に対して、各サブフィールドに対応した画像に対応したデータ信号Rv、Gv、Bvを出力するように制御する。
ここで、画像信号処理回路60は、液晶ライトバルブ100R、100G、100Bのそれぞれに対して、後述するように縦1080行×横1920列の画素につき各サブフィールドに対応した表示をさせるようなデータ信号Rv、Gv、Bvを供給する。
The configuration of the projector according to the third embodiment is substantially the same as that of the second embodiment (FIGS. 14 and 15) using the optical path shift device 30. However, in the third embodiment, since one frame is divided into first to fourth subfields, the control circuit 50 forms an image corresponding to each subfeed on the liquid crystal light valves 100R, 100G, and 100B. And the image signal processing circuit 60 is controlled to output data signals Rv, Gv, and Bv corresponding to the images corresponding to the subfields.
Here, the image signal processing circuit 60 displays data corresponding to each subfield for each of the liquid crystal light valves 100R, 100G, and 100B with respect to pixels of vertical 1080 rows × horizontal 1920 columns as will be described later. Signals Rv, Gv, Bv are supplied.

次に、第1〜第4サブフィールドで表示される画像について図20および図21を参照して説明する。
第3実施形態においては、液晶ライトバルブにおける縦1080行×横1920列の画素配列が縦3行×横3列の配列でグループ化されて、これらの縦3行×横3列の画素によって実質的に縦2行×横2列の表示を行われる。
なお、縦3行×横3列の9個の画素は、液晶ライトバルブ100R、100Gおよび100Bに対応して実在するものであるから、実画素と呼ぶ場合がある。これに対して、解像度変換した縦2行×横2列の4個の画素は、液晶ライトバルブ100R、100Gおよび100Bの画素配列に対応していないので、虚画素と呼ぶ場合がある。
説明の便宜的のために、ある1つのグループに属する縦3行×横3列の実画素を、p行、(p+1)行、(p+2)行の3行と、q列、(q+1)列、(q+2)列の3列との交差に対応するものとし、これらの9個の実画素によって、解像度を落としたi行j列、i行(j+1)列、(i+1)行j列、(i+1)行(j+1)列の4個の虚画素に相当する表示を行うとする。
Next, images displayed in the first to fourth subfields will be described with reference to FIGS. 20 and 21. FIG.
In the third embodiment, a vertical 1080 row × horizontal 1920 column pixel array in a liquid crystal light valve is grouped into an array of vertical 3 rows × horizontal 3 columns, and the vertical 3 rows × horizontal 3 columns of pixels are substantially divided. Thus, display of 2 vertical rows × 2 horizontal columns is performed.
Note that the nine pixels of 3 vertical rows by 3 horizontal columns exist in correspondence with the liquid crystal light valves 100R, 100G, and 100B, and may be referred to as actual pixels. On the other hand, the four pixels in the resolution of 2 rows × 2 columns, which are converted in resolution, do not correspond to the pixel arrays of the liquid crystal light valves 100R, 100G, and 100B, and may be called imaginary pixels.
For the convenience of explanation, the actual pixels of 3 vertical rows × 3 horizontal columns belonging to one group are divided into 3 rows of p rows, (p + 1) rows, (p + 2) rows, q columns, and (q + 1) columns. , (Q + 2) columns, and the intersection of three columns, and these nine real pixels reduce the resolution i row j column, i row (j + 1) column, (i + 1) row j column, ( It is assumed that display corresponding to four imaginary pixels in i + 1) rows (j + 1) columns is performed.

9個の実画素による表示を、それぞれ図20および図21に示す。詳細には、図20(1)はA状態、図20(2)はC状態、図21(3)はC状態、図21(4)はD状態の表示を示す図である。これらの図に示されるように、縦3行×横3列の実画素のうち、四隅に相当するp行q列、p行(q+2)列、(p+2)行q列、(p+2)行(q+2)列の画素は、第1〜第4サブフィールドにわたって、それぞれ解像度を落とした場合のi行j列、i行j列、(i+1)行j列、(i+1)行(j+1)列の虚画素と同じ表示内容(階調)とさせる。   The display with nine real pixels is shown in FIGS. 20 and 21, respectively. Specifically, FIG. 20 (1) shows the display of the A state, FIG. 20 (2) shows the C state, FIG. 21 (3) shows the C state, and FIG. 21 (4) shows the D state. As shown in these drawings, among the actual pixels of 3 rows × 3 columns, p rows q columns, p rows (q + 2) columns, (p + 2) rows q columns, (p + 2) rows corresponding to the four corners ( The pixels in the (q + 2) column are imaginary in the i-th row-j column, the i-th row-j column, the (i + 1) -row j-column, and the (i + 1) -th row (j + 1) column when the resolution is lowered over the first to fourth subfields. The display content (gradation) is the same as that of the pixel.

一方、四隅以外の5つの実画素のうち、中心に位置する(p+1)行(q+1)列の実画素は 偏位方向側に位置する実画素と同じ階調とさせる。また、上下端のp行(q+1)列および(p+2)行(q+1)列の実画素は、右下または右上方向に偏位すれば、それぞれ右方向で隣接する実画素と同じ階調とさせる一方、左下または左上方向に偏位すれば、それぞれ左方向で隣接する実画素と同じ階調とさせ、さらに、左右端の(p+1)行q列および(p+1)行(q+2)列の実画素は、右下または左下方向に偏位すれば、それぞれ下方向で隣接する実画素と同じ階調とさせる一方、右上または左上方向に偏位すれば、それぞれ上方向で隣接する実画素と同じ階調とさせる。
すなわち、4状態のうち、スクリーン300に投射されたときに、プロジェクタからみて左下方向に偏位した位置となるA状態では、図20(1)に示されるように、
p 行(q+1)列の実画素は i 行(j+1)列の虚画素の階調となり、
(p+1)行 q 列の実画素は(i+1)行 j 列の虚画素の階調となり、
(p+1)行(q+1)列の実画素は(i+1)行(j+1)列の虚画素の階調となり、
(p+1)行(q+2)列の実画素は(i+1)行(j+1)列の虚画素の階調となり、
(p+2)行(q+1)列の実画素は(i+1)行(j+1)列の虚画素の階調となる。
On the other hand, among the five real pixels other than the four corners, the real pixel in the (p + 1) row (q + 1) column located at the center has the same gradation as the real pixel located on the displacement direction side. In addition, if the actual pixels in the upper and lower p rows (q + 1) and (p + 2) rows (q + 1) are displaced in the lower right or upper right direction, the same gradation as the actual pixels adjacent in the right direction is obtained. On the other hand, if it is shifted to the lower left or upper left direction, the same gradation as the actual pixel adjacent in the left direction is obtained, and the actual pixels in the (p + 1) rows and q columns (p + 1) rows and (p + 1) rows (q + 2) columns at the left and right ends. If it is shifted in the lower right or lower left direction, the gradation is the same as that of the actual pixel adjacent in the lower direction, while if it is shifted in the upper right or upper left direction, it is the same level as the actual pixel adjacent in the upper direction. Tones.
That is, among the four states, when projected onto the screen 300, in the A state where the position is displaced in the lower left direction when viewed from the projector, as shown in FIG.
The real pixel in p row (q + 1) column becomes the gradation of the imaginary pixel in i row (j + 1) column,
The real pixel in (p + 1) rows and q columns is the gray level of the imaginary pixel in (i + 1) rows and j columns,
The real pixel in the (p + 1) row (q + 1) column becomes the gray level of the imaginary pixel in the (i + 1) row (j + 1) column,
The real pixel in the (p + 1) row (q + 2) column becomes the gradation of the imaginary pixel in the (i + 1) row (j + 1) column,
The real pixel in the (p + 2) row (q + 1) column has the gradation of the imaginary pixel in the (i + 1) row (j + 1) column.

また、4状態のうち、投射画像において左上側に偏位した位置となるB状態では、図20(2)に示されるように、
p 行(q+1)列の実画素は i 行(j+1)列の虚画素の階調となり、
(p+1)行 q 列の実画素は i 行 j 列の虚画素の階調となり、
(p+1)行(q+1)列の実画素は i 行(j+1)列の虚画素の階調となり、
(p+1)行(q+2)列の実画素は i 行(j+1)列の虚画素の階調となり、
(p+2)行(q+1)列の実画素は(i+1)行(j+1)列の虚画素の階調となる。
Moreover, in the B state which is a position displaced to the upper left side in the projection image among the four states, as shown in FIG.
The real pixel in p row (q + 1) column becomes the gradation of the imaginary pixel in i row (j + 1) column,
The real pixel in (p + 1) rows and q columns is the gray level of the imaginary pixel in i rows and j columns,
The real pixel in the (p + 1) row (q + 1) column becomes the gradation of the imaginary pixel in the i row (j + 1) column,
The real pixel in the (p + 1) row (q + 2) column becomes the gradation of the imaginary pixel in the i row (j + 1) column,
The real pixel in the (p + 2) row (q + 1) column has the gradation of the imaginary pixel in the (i + 1) row (j + 1) column.

また、4状態のうち、投射画像において右上側に偏位した位置となるC状態では、図21(3)に示されるように、
p 行(q+1)列の実画素は i 行 j 列の虚画素の階調となり、
(p+1)行 q 列の実画素は i 行 j 列の虚画素の階調となり、
(p+1)行(q+1)列の実画素は i 行 j 列の虚画素の階調となり、
(p+1)行(q+2)列の実画素は i 行(j+1)列の虚画素の階調となり、
(p+2)行(q+1)列の実画素は(i+1)行 j 列の虚画素の階調となる。
Moreover, in C state which becomes a position shifted to the upper right side in the projection image among the four states, as shown in FIG. 21 (3),
The real pixel of p row (q + 1) column becomes the gradation of the imaginary pixel of i row j column,
The real pixel in (p + 1) rows and q columns is the gray level of the imaginary pixel in i rows and j columns,
The real pixel in (p + 1) row (q + 1) column is the gray level of the imaginary pixel in i row j column,
The real pixel in the (p + 1) row (q + 2) column becomes the gradation of the imaginary pixel in the i row (j + 1) column,
The real pixel in the (p + 2) row (q + 1) column is the gray level of the imaginary pixel in the (i + 1) row j column.

そして、4状態のうち、投射画像において右下側に偏位した位置となるD状態では、図21(4)に示されるように、
p 行(q+1)列の実画素は i 行 j 列の虚画素の階調となり、
(p+1)行 q 列の実画素は(i+1)行 j 列の虚画素の階調となり、
(p+1)行(q+1)列の実画素は(i+1)行 j 列の虚画素の階調となり、
(p+1)行(q+2)列の実画素は(i+1)行(j+1)列の虚画素の階調となり、
(p+2)行(q+1)列の実画素は(i+1)行 j 列の虚画素の階調となる。
And in D state which becomes a position shifted to the lower right side in a projection image among four states, as shown in Drawing 21 (4),
The real pixel of p row (q + 1) column becomes the gradation of the imaginary pixel of i row j column,
The real pixel in (p + 1) rows and q columns is the gray level of the imaginary pixel in (i + 1) rows and j columns,
The real pixel in (p + 1) row (q + 1) column is the gray level of the imaginary pixel in (i + 1) row j column,
The real pixel in the (p + 1) row (q + 2) column becomes the gradation of the imaginary pixel in the (i + 1) row (j + 1) column,
The real pixel in the (p + 2) row (q + 1) column is the gray level of the imaginary pixel in the (i + 1) row j column.

第3実施形態では、ある1フレームの期間においては、第1サブフィールのA状態、第2サブフィールドのB状態、第3サブフィールドのC状態、第4サブフィールドのD状態いう順番で進行するので、B状態ではA状態から上方向に2Sbだけ偏位し、C状態ではB状態から左方向に2Sbだけ偏位し、さらに、D状態ではC状態から下方向に2Sbだけ偏位し、次のフレームに移行して再びA状態になると、D状態から右方向に2Sbだけ偏位して元の位置に戻る。
このため、1フレームを通してみたときに投射される画像は、図22に示されるようなものとなり、縦3行×横3列の9個の実画素によって、実質的に縦2行×横2列の4個の虚画素がブラックマトリクスを目立たなくした上で表示されることになる。
なお、ここでは、液晶ライトバルブにおける縦1080行×横1920列の画素配列では、縦3行×横3列のグループ配列が360×640個できる。そして、これらのグループの配列が、それぞれ虚画素に相当する縦2行×横2列の表示を行うので、実質的に縦720行×横1280列の解像度に落とした表示が可能となる。
In the third embodiment, during a certain frame period, the A state of the first subfield, the B state of the second subfield, the C state of the third subfield, and the D state of the fourth subfield proceed in this order. Therefore, in the B state, it is deviated by 2Sb upward from the A state, in the C state, it is deviated by 2Sb in the left direction from the B state, and in the D state, it is deviated by 2Sb downward from the C state. When the frame shifts to the A state again, the state shifts to the right by 2Sb from the D state and returns to the original position.
For this reason, an image projected when viewed through one frame is as shown in FIG. 22, and is substantially vertical 2 rows × horizontal 2 columns by 9 real pixels of vertical 3 rows × horizontal 3 columns. These four imaginary pixels are displayed after making the black matrix inconspicuous.
Here, in the liquid crystal light valve, in the vertical 1080 row × horizontal 1920 column pixel arrangement, there can be 360 × 640 group arrangements of vertical 3 rows × horizontal 3 columns. Since the arrangement of these groups performs display of 2 vertical rows × 2 horizontal columns corresponding to imaginary pixels, it is possible to substantially reduce the display to a resolution of 720 vertical rows × 1280 horizontal columns.

<応用・変形例>
上述した第1〜第3実施形態では、光路シフト素子10(20)においては、液晶の複屈折性を用いて光路シフトする構成としたが、単なる屈折や反射によって光路シフトすることも可能である。
図23に示されるように、透明性を有するとともに所定の屈折率を有するガラス等の基板35を、光軸に対して垂直方向の軸を中心にしてアクチュエータ(図示略)等で回動させる構成によって、光路シフトさせることも可能である。この構成では、基板35の傾きを調整すれば、シフト量を調整することができる。例えばシフト量2Saとして7μmを得るためには、基板35の厚さを2mm、その屈折率が1.52であれば、回動軸に対し基板35の傾きを±0.29度で切り替えれば良い。
<Application and modification>
In the first to third embodiments described above, the optical path shift element 10 (20) is configured to shift the optical path using the birefringence of the liquid crystal, but it is also possible to shift the optical path simply by refraction or reflection. .
As shown in FIG. 23, a substrate 35 such as glass having transparency and a predetermined refractive index is rotated by an actuator (not shown) or the like about an axis perpendicular to the optical axis. Therefore, it is possible to shift the optical path. In this configuration, the shift amount can be adjusted by adjusting the inclination of the substrate 35. For example, in order to obtain 7 μm as the shift amount 2Sa, if the thickness of the substrate 35 is 2 mm and the refractive index is 1.52, the inclination of the substrate 35 with respect to the rotation axis may be switched by ± 0.29 degrees. .

また、図24に示されるように、反射板37の反射角度をアクチュエータ(図示略)等で変更することによって、光路シフトさせることも可能である。この構成では、反射板37の反射角度を調整すれば、シフト量を調整することができる。例えばシフト量2Saとして7μmを得るためには、液晶ライトバルブ100Rと反射板37との距離が15mmであれば、回転軸に対する反射板37の角度を±0.0067度で切り替えれば良い。
なお、光路シフト方向を画素配列に対して斜め方向とする場合(図7(b)参照)、図25に示されるように、反射板37の回転軸37aを、投射レンズ系214からみて斜め方向とすれば良い。
In addition, as shown in FIG. 24, it is possible to shift the optical path by changing the reflection angle of the reflection plate 37 with an actuator (not shown) or the like. In this configuration, the shift amount can be adjusted by adjusting the reflection angle of the reflection plate 37. For example, in order to obtain 7 μm as the shift amount 2Sa, if the distance between the liquid crystal light valve 100R and the reflection plate 37 is 15 mm, the angle of the reflection plate 37 with respect to the rotation axis may be switched at ± 0.0067 degrees.
When the optical path shift direction is an oblique direction with respect to the pixel array (see FIG. 7B), as shown in FIG. 25, the rotation axis 37a of the reflection plate 37 is oblique with respect to the projection lens system 214. What should I do?

なお、上述した第1〜第3実施形態は、投射レンズ系214によってスクリーン300に画像を投射するプロジェクタとして説明したが、反射を組み合わせた、いわゆるリアプロジェクションテレビにも適用可能であるし、これらの拡大投射ではなく、いわゆる直視型の表示装置にも適用可能である。   The first to third embodiments described above have been described as projectors that project images onto the screen 300 using the projection lens system 214. However, the projectors can be applied to so-called rear projection televisions that combine reflection. The present invention can be applied to a so-called direct-view display device instead of the enlarged projection.

本発明の第1実施形態に係るプロジェクタの光学的構成を示す平面図である。1 is a plan view showing an optical configuration of a projector according to a first embodiment of the invention. 同プロジェクタの電気的構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the projector. 同プロジェクタにおける光路シフト素子の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical path shift element in the projector. 同光路シフト素子における光路シフトの動作を示す図である。It is a figure which shows the operation | movement of the optical path shift in the same optical path shift element. 光路シフトによる光路変化を示す図である。It is a figure which shows the optical path change by an optical path shift. 同光路シフト素子の駆動信号を形成画像との関係において示す図である。It is a figure which shows the drive signal of the same optical path shift element in relation to a formation image. 光路シフトによる投射画像の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of the projection image by an optical path shift. 光路シフトによる投射画像の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of the projection image by an optical path shift. 光路シフト量を調整可能とする場合の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure in the case of enabling adjustment of the optical path shift amount. 光路シフト量を調整可能とする場合の駆動信号の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the drive signal in the case of enabling adjustment of the optical path shift amount. 光路シフト量を画像信号の種別に応じて設定する場合の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure in the case of setting optical path shift amount according to the classification of an image signal. 同光路シフト素子の駆動信号の別例(その1)を示す図である。It is a figure which shows another example (the 1) of the drive signal of the same optical path shift element. 同光路シフト素子の駆動信号の別例(その2)を示す図である。It is a figure which shows another example (the 2) of the drive signal of the same optical path shift element. 本発明の第2実施形態に係るプロジェクタの光学的構成を示す平面図である。It is a top view which shows the optical structure of the projector which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 同プロジェクタの電気的構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the projector. 同プロジェクタにおける光路シフトデバイスの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical path shift device in the projector. 同光路シフトデバイスの駆動信号を形成画像との関係において示す図である。It is a figure which shows the drive signal of the same optical path shift device in relation to a formation image. 光路シフトによる投射画像の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of the projection image by an optical path shift. 第3実施形態における光路シフトデバイスの駆動信号を示す図である。It is a figure which shows the drive signal of the optical path shift device in 3rd Embodiment. 同プロジェクタにおける投射画像の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of the projection image in the projector. 同プロジェクタにおける投射画像の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of the projection image in the projector. 同プロジェクタにおける投射画像の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of the projection image in the projector. 光路シフト素子として屈折を用いた場合の例を示す図である。It is a figure which shows the example at the time of using refraction as an optical path shift element. 光路シフト素子として反射を用いた場合の例を示す図である。It is a figure which shows the example at the time of using reflection as an optical path shift element. 反射板の回転軸を示す図である。It is a figure which shows the rotating shaft of a reflecting plate.

符号の説明Explanation of symbols

1(2)…プロジェクタ、10(20)…光路シフト素子、16…液晶、18a、18b(28a、28b)…電極、30…光路シフトデバイス、50…制御回路、52…操作子、54…判別回路、100R、100G、100B…液晶ライトバルブ、202…ランプユニット、214…投射レンズ系、300…スクリーン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 (2) ... Projector, 10 (20) ... Optical path shift element, 16 ... Liquid crystal, 18a, 18b (28a, 28b) ... Electrode, 30 ... Optical path shift device, 50 ... Control circuit, 52 ... Operator, 54 ... Discrimination Circuit, 100R, 100G, 100B ... Liquid crystal light bulb, 202 ... Lamp unit, 214 ... Projection lens system, 300 ... Screen

Claims (15)

画像入力信号に応じて光を変調する空間光変調器と、
前記空間光変調器による変調光の光路をシフトさせる光路シフト素子と、
を有し、前記光路シフト素子によりシフトされた変調光に基づいて画像を表示する表示装置であって、
前記光路シフト素子は、
透光性基板に挟持された液晶が印加電界によって当該液晶分子の平均傾斜角が変化する液晶機能素子で構成され、前記空間変調器が同一または連続するフレームを表示する期間内に前記印加電界を変化させる
ことを特徴とする表示装置。
A spatial light modulator that modulates light according to an image input signal;
An optical path shift element for shifting the optical path of the modulated light by the spatial light modulator;
A display device for displaying an image based on the modulated light shifted by the optical path shift element,
The optical path shift element is
The liquid crystal sandwiched between the translucent substrates is composed of liquid crystal functional elements in which the average inclination angle of the liquid crystal molecules changes according to the applied electric field, and the applied electric field is applied within a period in which the spatial modulator displays the same or continuous frames. A display device characterized by being changed.
請求項1に記載の表示装置において、
前記シフトの量を調整する調整手段を有する
ことを特徴とする表示装置。
The display device according to claim 1,
A display device comprising adjusting means for adjusting the shift amount.
請求項1または2に記載の表示装置において、
前記画像入力信号に応じて前記シフトの量を切り替える手段を有する
ことを特徴とする表示装置。
The display device according to claim 1 or 2,
A display device comprising: means for switching the shift amount according to the image input signal.
請求項1乃至3のいずれかに記載の表示装置において、
前記空間光変調器は、少なくとも一辺を有する形状の画素を複数有し、
前記光路シフト素子は、表示される画像が前記画素の一辺方向または前記一辺方向に対して垂直の方向に偏位するように、前記変調光の光路をシフトさせる
ことを特徴とする表示装置。
The display device according to any one of claims 1 to 3,
The spatial light modulator has a plurality of pixels having a shape having at least one side,
The display device, wherein the optical path shift element shifts the optical path of the modulated light so that a displayed image is deviated in a direction of one side of the pixel or in a direction perpendicular to the one side direction.
請求項1乃至3のいずれかに記載の表示装置において、
前記空間光変調器は、少なくとも一辺を有する形状の画素を複数有し、
前記光路シフト素子は、表示される画素が前記画素の一辺方向に対し斜め方向に偏位するように、前記変調光の光路をシフトさせる
ことを特徴とする表示装置。
The display device according to any one of claims 1 to 3,
The spatial light modulator has a plurality of pixels having a shape having at least one side,
The display device characterized in that the optical path shift element shifts the optical path of the modulated light so that a pixel to be displayed is displaced obliquely with respect to one side direction of the pixel.
請求項1乃至3のいずれかに記載の表示装置において、
前記空間光変調器は、少なくとも一辺を有する形状の画素を複数有し、
前記光路シフト素子は、表示される画素が前記画素の一辺方向に対して異なる2以上の方向に偏位するように、前記変調光の光路をシフトさせる
ことを特徴とする表示装置。
The display device according to any one of claims 1 to 3,
The spatial light modulator has a plurality of pixels having a shape having at least one side,
The display device characterized in that the optical path shift element shifts the optical path of the modulated light so that a pixel to be displayed is displaced in two or more directions different from one side direction of the pixel.
請求項6に記載の表示装置において、
光路のシフト方向が互いに異なる光路シフト素子を光路上に二つ直列に配列させた光路シフトデバイスを有する
ことを特徴とする表示装置。
The display device according to claim 6,
A display device comprising: an optical path shift device in which two optical path shift elements having different optical path shift directions are arranged in series on an optical path.
請求項1乃至7のいずれかに記載の表示装置において、前記光路シフト素子は、
一対の透光性基板と、
該一対の透光性基板の間に充填されたホメオトロピック配向をなすキラルスメクチックC相よりなる液晶と、
該液晶に電界を作用させる電界印加手段と、
を備えることを特徴とする表示装置。
The display device according to claim 1, wherein the optical path shift element is
A pair of translucent substrates;
A liquid crystal composed of a chiral smectic C phase having a homeotropic orientation filled between the pair of translucent substrates;
Electric field applying means for applying an electric field to the liquid crystal;
A display device comprising:
請求項8に記載の表示装置において、
前記電界印加手段は、前記液晶に作用させる電界の強さを可変とする
ことを特徴とする表示装置。
The display device according to claim 8, wherein
The display device characterized in that the electric field applying means makes variable the strength of the electric field applied to the liquid crystal.
請求項1乃至9のいずれかに記載の表示装置において、
前記空間光変調器は、透過型液晶表示素子である
ことを特徴とする表示装置。
The display device according to any one of claims 1 to 9,
The display device, wherein the spatial light modulator is a transmissive liquid crystal display element.
請求項1乃至9のいずれかに記載の表示装置において、
前記画像入力信号で規定される画像の画素数を前記空間光変調器の表示画像の画素数に変換する解像度変換手段を備え、
前記空間光変調器は、前記解像度変換手段により画素数が変換された画像を表示する
ことを特徴とする表示装置。
The display device according to any one of claims 1 to 9,
Resolution conversion means for converting the number of pixels of the image defined by the image input signal into the number of pixels of the display image of the spatial light modulator;
The spatial light modulator displays an image in which the number of pixels is converted by the resolution conversion means.
請求項1乃至11のいずれかに記載の表示装置と、
可視光を放出する光源と、
前記光源から放出された光を前記空間光変調器に照射する照明光学系と、
前記光路シフト素子によりシフトされた変調光に基づいて画像を拡大投射する投射手段と、
を備えることを特徴とする投射型表示装置。
A display device according to any one of claims 1 to 11,
A light source that emits visible light;
An illumination optical system for irradiating the spatial light modulator with light emitted from the light source;
Projection means for enlarging and projecting an image based on the modulated light shifted by the optical path shift element;
A projection type display device comprising:
画像入力信号に応じて光を変調する空間光変調器と、
前記空間光変調器による変調光の光路をシフトさせる光路シフト素子と、
を有し、前記光路シフト素子によりシフトされた変調光に基づいて画像を表示する表示装置であって、
前記光路シフト素子は、
前記空間変調器が同一または連続するフレームを表示する期間内に前記シフトの量を変化させる
ことを特徴とする表示装置。
A spatial light modulator that modulates light according to an image input signal;
An optical path shift element for shifting the optical path of the modulated light by the spatial light modulator;
A display device for displaying an image based on the modulated light shifted by the optical path shift element,
The optical path shift element is
The display device characterized in that the amount of shift is changed within a period in which the spatial modulator displays the same or continuous frames.
画像入力信号に応じて光を変調する空間光変調器と、
透光性基板に挟持された液晶が印加電界によって当該液晶分子の平均傾斜角が変化する液晶機能素子で構成され、前記空間光変調器による変調光の光路をシフトさせる光路シフト素子と、
を有し、前記光路シフト素子によりシフトされた変調光に基づいて画像を表示する表示装置において、前記光路シフト素子によるシフトを制御する制御回路であって、
前記空間変調器における同一または連続するフレームの期間内に前記印加電界を変化させる
ことを特徴とする光路シフト素子の制御回路。
A spatial light modulator that modulates light according to an image input signal;
A liquid crystal sandwiched between the translucent substrates is composed of a liquid crystal functional element in which an average inclination angle of the liquid crystal molecules changes by an applied electric field, and an optical path shift element that shifts an optical path of modulated light by the spatial light modulator;
A display device that displays an image based on the modulated light shifted by the optical path shift element, and a control circuit that controls the shift by the optical path shift element,
A control circuit for an optical path shift element, wherein the applied electric field is changed within a period of the same or consecutive frames in the spatial modulator.
画像入力信号に応じて光を変調する空間光変調器と、
前記空間光変調器による変調光の光路をシフトさせる光路シフト素子とを有する表示装置に用いられる光路シフト素子であって、
前記光路シフト素子は、透光性基板に挟持された液晶が印加電界によって当該液晶分子の平均傾斜角が変化する液晶機能素子で構成されると共に、前記空間変調器における同一または連続するフレームの期間内に前記印加電界を変化させる様に制御する制御手段を有する
ことを特徴とする光路シフト素子。
A spatial light modulator that modulates light according to an image input signal;
An optical path shift element used in a display device having an optical path shift element that shifts an optical path of modulated light by the spatial light modulator,
The optical path shift element is composed of a liquid crystal functional element in which the liquid crystal sandwiched between the translucent substrates changes the average tilt angle of the liquid crystal molecules by an applied electric field, and the same or continuous frame period in the spatial light modulator. An optical path shift element characterized by having control means for controlling the applied electric field to change.
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