JP2791668B2 - 微小画素列による画像光学系の画素間マスクのコントラスト低下装置 - Google Patents

微小画素列による画像光学系の画素間マスクのコントラスト低下装置

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Description

【発明の詳細な説明】 「技術分野」 本発明は、微小画素列によって画像を得る光学系であ
って、微小画素間に画像形成に関与しない非発光部分
（マスク）を有する画像光学系において、その非発光部
分のコントラストを低下させる装置に関する。
「従来技術およびその問題点」 CRTや液晶カラーテレビ、あるいは内視鏡において
は、微小画素列によって画像を得ているが、例えば液晶
カラーテレビの場合には、全体のコントラストを高める
ために、微小画素列間に、通常黒色の、画像形成に関与
しない非発光部分（マスク）を介在させている。また光
ファイバの微小画素列による画像では、個々のファイバ
どうしの隙間は、被覆材によって光がこない黒いマスク
状となっている。ところがこれらの非発光部分（以下マ
スクという）は、微視的には、投影されあるいは接眼光
学系を介して観察される微小画素の間に黒色のラインと
して存在するため、特に画像が白その他の明色の場合に
邪魔になる。そしてこの傾向は、微小画素の大きさがマ
スクに比して十分大きかった従来より、製造技術の進歩
によって微小画素の大きさがより小さくなった最近の微
小画素列による画像において、より顕著である。つま
り、画像上のマスクを邪魔と感じる人の割合が高くなっ
ている。これは例えば液晶の場合には、スイッチング構
造等の必要から、マスク線幅は一定以下にすることは困
難であるのに対し、画素の小型化はさらに進んでいるこ
と等に起因する。光ファイバについても、断面円形のフ
ァイバの径が小さくなればなる程、ファイバ間のマスク
の占める割合は高くなり、同様の傾向となる。
このようなマスクのコントラストを下げるために従
来、例えば像をデフォーカスさせる方法が知られている
が、像の全体を均一にデフォーカスさせることは、像の
全体の収差を均一に無くすのと同じく困難であり、例え
ば像の中心部において適切なデフォーカス量が得られた
とすると、周辺部においては、デフォーカス量が過剰で
あったり、逆に少なくてピントが合ってしまうという現
象が避けられない。
また液晶による投影光学系の場合には、液晶パネルと
マスクとの距離を大きくすることによっても、ある程度
マスクのコントラストを低下させることができるが、こ
れは、小型化、薄型化の要求に反する。
「発明の目的」 本発明は従って、デフォーカス技法によることなく、
微小画素間のマスクのコントラストを低下させることが
できる装置を得ることを目的とする。
「発明の概要」 本発明は、マスクの像を分割して異なる方向にシフト
させて投影または観察すれば、マスクのコントラストが
下がるという事実に着目して完成されたものである。
すなわち本発明は、微小画素列によって画像が形成さ
れ、微小画素間には画像形成に関与しない非発光部分が
存在する微小画素列による画像光学系において、各微小
画素の像または微小画素による全体画像を２個以上に分
割シフトさせて投影する分割シフト手段を設け、この分
割シフト手段による分割像のシフト量を、画像の投影面
または空中像の結像面において、微小画素の大きさより
も小さく設定したことを特徴としている。
画像光学系は、微小画素列の透過像を投影光学系を介
して投影面に投影する投影光学系であっても、微小画素
の空中像を、接眼光学系を介して観察する空中像観察系
であってもよい。
分割シフト手段は、複数のプリズムを備えた分割シフ
トフィルタから構成することができ、この分割シフトフ
ィルタを、投影光学系の絞位置またはその近傍に配設す
ると、最も効率的にかつ小型に本発明装置を構成するこ
とができる。
分割シフト手段による画像のシフト量は、マスクの線
幅の２倍以下、好ましくは、線幅と略同一とするのが好
ましい。
また分割シフト手段は、微小画素を２個以上に分割す
るものであることを要する。２個に分割する場合は、コ
ントラストを低下させるべきマスクが縦横のいずれにし
か存在しない場合である。このようなケースは例えば、
縦横のマスクの一方が細くてコントラストを低下させる
必要がなく、他方の太いマスクのコントラストのみを低
下させる必要がある場合に生じる。
また分割シフト手段は、微小画素が縦横の縦マスクと
横マスクの間に位置する液晶である場合には、少なくと
もマスクの縦横の方向と略45°をなす４方向に、画像を
分割シフトさせるものとするのが好ましい。この場合、
分割シフト手段は、画像をマスクの縦横の方向と略45°
をなす４方向と、中心のシフトしない像との５個に分割
するもの、あるいは、画像をマスクの縦横の方向と略45
°をなす４方向にのみ分割するものを利用することがで
きる。
さらに微小画素列による画像を直線観察光学系によっ
て観察する場合、例えば内視鏡においては、各微小画素
の像または微小画素による全体画像を３個以上に分割シ
フトさせる分割シフト手段を設け、この分割シフト手段
による分割像のシフト量を、微小画素の大きさよりも小
さく設定することによって同様の作用を得ることができ
る。
「発明の実施例」 以下図示実施例について本発明を説明する。第17A
図、第17B図は微小画素が液晶11で、その間に縦横のブ
ラックマスク12がある液晶パネル10を示すものである。
この液晶パネル10は、第１図に示すように、照明光源14
と投影光学系15との間に置かれ、投影光学系15で拡大さ
れた液晶パネル10の像がスクリーン（投影面）16に投影
される。単板式のカラーLCDの場合、液晶パネル10の液
晶11は、Ｒ、Ｇ、Ｂ用の三色が規則的に並べられ、これ
らの液晶11がスイッチングによって選択的にスクリーン
16に投影されてカラー画像が得られる。三板式のカラー
LCDの場合には、投影光学系15の分割光軸上に、Ｒ、
Ｇ、Ｂそれぞれの専用の液晶パネル10が設けられ、これ
らが重ね合わされてスクリーン16上に投影され、カラー
画像が得られる。これらのカラーLCDの原理は周知であ
る。
本発明は、例えば以上のように構成される微小画素に
よる画像の投影光学系において、ブラックマスク12のコ
ントラストを低下させるために、投影光学系15内に、画
像の分割シフト手段を設けたものである。この分割シフ
ト手段は、例えば第2A図、第2B図に示す分割シフトフィ
ルタ21、第3A図、第3B図に分割シフトフィルタ22から構
成することができる。分割シフトフィルタ21は、中心部
の平行平面ガラスからなる正方形の非シフト部分21a
と、この非シフト部分21aの周縁四辺から外方に連続す
る、４個のプリズムからなるシフト部分21bとからなっ
ている。各シフト部分21bは、液晶パネル10の各液晶11
およびブラックマスク12の像を分割して、ブラックマス
ク12の縦横の線と45°をなす方向にシフトさせるもので
ある。
第１図は、この非シフト部分21aとシフト部分21bによ
るスクリーン16上での結像の様子を示すものである。投
影光学系15の光軸Ｘ上の液晶パネル10から出た光線のう
ち、非シフト部分21aを通過した光線（実線）は、光軸
Ｘ上において、スクリーン16上に結像する。これに対
し、シフト部分21bを通った光線（破線）は、光軸Ｘか
らｓだけシフトした位置に結像する。従ってこのシフト
量ｓが適当な値となるように、シフト部分21bの楔角α
を決定すればよい。このシフト部分21bによる像のシフ
トの方向は、ブラックマスク12の縦横の方向と45°をな
す方向である。つまり、シフト部分21b間の稜線21cは、
ブラックマスク12の縦横の方向と平行になるように、投
影光学系15内に配設される。
そしてシフト部分21bによる像のシフト量は、最大で
個々の液晶11の大きさの範囲内とする。シフト部分21b
の大きさにもよるが、シフト量がこの範囲を越えると、
スクリーン16上に投影される全体像の明瞭性が欠ける。
より好ましくは、このシフト量はブラックマスク12の線
幅の２倍以下であるのがよい。
第6A図、第6B図、および第7A図、第7B図は、それぞれ
ブラックマスク12の縦横の線と平行な方向におけるブラ
ックマスク12のシフト量が、ブラックマスク12の線幅の
１倍である場合、および２倍である場合（上記ｓ換算で
は、シフト量は線幅×√２）の光量分布を示すもので、
液晶パネル10の液晶11は、周囲を含め、全体が同一の
「明」状態であると仮定している。第6A図、第7A図にお
ける矢印は、シフトの方向と大きさを示し、また第6B
図、第7B図におけるａ、ｂはそれぞれ、非シフト部分21
aとシフト部分21bの面積を示し、分割シフトフィルタ21
全体の光量を100としている。
この両具体例から明らかなように、本発明による分割
シフトフィルタ21がなければ「０」であるはずのブラッ
クマスク12部分の光量、およびその周縁の光量は、平均
化され、ブラックマスク12のコントラストが低下してい
るのが明瞭に認められる。すなわちブラックマスク12は
スクリーン16上において目立たない。
なお第5A図、第5B図は、分割像のシフトの方向をブラ
ックストライプ12の縦横の方向とした場合の、シフトの
方向と大きさ、および光量分布を示している。この例に
よると、各コーナ部に光量「０」の部分が生じ、一般的
には好ましくないと考えられる。しかしこの光量分布で
も、コーナ部の面積は微小であってこの部分が視覚に与
える影響は少ないと考えられるから、使用することが可
能である。
第3A図、第3B図の分割シフトフィルタ22は、分割シフ
トフィルタ21に比して、中心部に平行平面部を持たない
点が異なる。すなわちこの分割シフトフィルタ22は、４
個のプリズム部分からなるシフト部分22bからなってい
て、これらの各シフト部分22bがブラックマスク12の方
向と45°をなす方向に４個の分割像を作る。シフト部分
22b間の稜線22cをブラックマスク12の縦横の線と平行な
方向に向けるほうが好ましい点は、分割シフトフィルタ
21の場合と同様である。この実施例は、分割シフトフィ
ルタ21の中心部の非シフト部分21aの面積を「０」にし
た実施例に相当する。
第８図は、この第3A図、第3B図の分割シフトフィルタ
22を用いて、第6A図のようにブラックマスク12の線幅だ
けシフトさせた場合の光量分布図である。
分割シフトフィルタ21または22は、投影光学系15内の
適宜位置に設けることができるが、特に投影光学系15の
絞位置に設けることが好ましい。絞位置は、投影光学系
15を通過する光線が共通に通る位置で、もっとも径が小
さい。よって液晶11とブラックマスク12の像を正しくシ
フトさせてスクリーン16上に結像させることができると
ともに、もっとも小さい分割シフトフィルタ21または22
で、液晶パネル10の全部の液晶11およびブラックストラ
イプ12の像をシフトできる。第４図はその一例を示すも
ので、このレンズ系は、投影光学系15の前方に絞位置が
あり、ここに分割シフトフィルタ21または22が配設され
ている。勿論、絞位置はレンズ系によって異なる。
以上は照明光源14が均一な照度分布を有する理想的な
場合について述べたものであり、このような理想的な照
度分布では、分割シフトフィルタ21または22は、分割す
べき数のシフト部分と、必要に応じて非シフト部分を持
てばよい。しかし現状では、照明光源14としては均一な
照度分布を持つものは得られないのが実情である。そし
て照度分布が一様でないと、分割シフトフィルタを通過
する光量分布が分割された像毎に異なるため、マスクの
均一なコントラスト低下を得ることができなくなる。
第９図ないし第15図は、照明光源14の照度が均一でな
いことを前提に、その照度のばらつきによる分割像毎の
マスクのコントラスト低下の差が画面に表われないよう
にした実施例である。この実施例は、上記実施例におけ
る分割シフトフィルタ21または22を小型にして、複数
（多数）を縦横に整列させた複分割シフトフィルタ21A
または22Aにより、像の分割シフトを行なわせるように
したものである。
第９図は、分割シフトフィルタ要素21′を一断面方向
に整列状に５個有する複分割シフトフィルタ21Aによっ
てこの実施例の原理を示したものである。すなわち、各
分割シフトフィルタ要素21′の非シフト部分21a′によ
る像は、光軸上に形成され、シフト部分21bによる像
は、光軸から上下にｓにだけシフトした位置に結像して
重ねられる。このため、照明光源14に照度分布のばらつ
きがあったとしても、そのばらつきが特定の像にだけ表
われることはなく、すべての像に均等に分散されること
となり、像全体としては、照明光源14Aの照度のばらつ
きによる分割シフトフィルタの像毎の効果の差が表われ
ない。
この複分割シフトフィルタ21Aまたは22Aの割合、その
設置位置にはより自由度があるが、小型化という点でや
はり投影光学系の絞位置近傍に設けることが好ましい。
第10図ないし第15図は、この複分割シフトフィルタ21
Aまたは22Aの具体的な形状例を示すものである。第10A
図、11A図、12A図、13A図、14A図、および第15A図は、
それぞれ複分割シフトフィルタ21Aまたは22Aの平面図で
あり、これらのＢ−Ｂ線に沿う断面図を、第10B図、11B
図、12B図、13B図、14B図、および第15B図に示した。第
10C図は、第10A図のＢ−Ｂ断面の他の形状例を示す。ま
た第14A図、第15A図の破線は、複分割シフトフィルタ21
Aの裏面にも、表面と角度を90°異ならせた同様の溝が
形成されていることを示す。これらの形状例において、
平面部は、非シフト部分であり、斜面部はシフト部分で
ある。
本発明によるコントラスト低下装置は、さらに第１図
のような投影光学系において、スクリーン16の代わり
に、第18A図、第18B図に例示するフレネルレンズ30とレ
ンチキュラーレンズ31を組み合わせた透過型スクリーン
32を用いる場合のモアレ縞消しに有効である。すなわち
この透過型スクリーン32は、そのレンチキュラーレンズ
31に、画像のコントラストを高めるための平行なブラッ
クストライプ31aが付されるために、このブラックスト
ライプ31aとCRT35のブラックマスク（あるいは液晶パネ
ル10のブラックマスク12）により、モアレ縞が発生する
ことがあったが、本発明によってブラックマスクのコン
トラストを低下させれば、このモアレ縞の発生を確実に
防止することができる。なお第18B図において、33、34
はミラーである。
以上は、本発明を投影光学系に適用した実施例である
が、本発明は、空中像を観察する観察光学系、あるいは
微小画素による画像を直接観察する画像光学系にも同様
に適用可能である。すなわち第16図に示すように、接眼
レンズ系18により、投影光学系15の瞳を眼の瞳の位置に
結像させ、共役関係を成立させることにより、観察光学
系にも適用できる。光ファイバによる微小画素列の場合
には、この第16図の液晶パネル10の位置に光ファイバを
置けばよい。
なお分割シフトフィルタ21、22、または複分割シフト
フィルタ21A、21Bによる画像の分割数は、微小画素が矩
形の場合は、上記例のように４個（中心の非シフト部分
を含めると５個）とするのがよいが、光ファイバのよう
に円形の微小画素の場合は、３個以上とすれば目的を達
することができる。そしてそのシフトの方向および量
は、微小画素とマスクの位置関係に応じ、マスクのコン
トラストを全体として低下させることができるように定
めればよい。
「発明の効果」 以上のように本発明の微小画素間のマスクのコントラ
スト低下装置によれば、画像のデフォーカスによらず、
像の分割およびシフトによって、微小画素間に存在する
非発光部分のコントラストを低下させることができる。
すなわち本発明は、像をデフォーカスさせるのではな
く、自体は明瞭な像の分割およびシフトによって、非発
光部分のコントラストを低下させるものであり、分割シ
フトは、フィルタ部材によって簡単に行なうことができ
るから、有用なコントラスト低下装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による微小画素間マスクのコントラスト
低下装置の実施例を示す光路図、第2A図は分割シフトフ
ィルタの例を示す平面図、第2B図は第2A図のＡ−Ａ線に
沿う断面図、第3A図は分割シフトフィルタの別の例を示
す平面図、第3B図は第3A図のＢ−Ｂ線に沿う断面図、第
４図は分割シフトフィルタの配設位置の例を示す投影光
学系の光路図、第5A図は分割シフトの方向とその大きさ
を示す平面図、第5B図は第5A図の場合の光量分布の一例
を示す平面図、第6A図は分割シフトの方向とその大きさ
の他の例を示す平面図、第6B図は第6A図の場合の光量分
布を示す平面図、第7A図は分割シフトの方向とその大き
さのさらに他の例を示す平面図、第7B図は第5A図の場合
の光量分布を示す平面図、第８図は、第3A図、第3B図の
分割シフトフィルタによる光量分布の一例を示す平面
図、第９図は本発明の別の実施例を示す、複分割シフト
フィルタによる微小画素間マスクのコントラスト低下装
置の光路図、第10A図は複分割シフトフィルタの実施例
を示す平面図、第10B図、第10C図は第10A図のＢ−Ｂ線
に沿う断面図、第11A図、12A図、13A図、14A図、および
15A図はそれぞれ複分割シフトフィルタの他の実施例を
示す平面図、第11B図、12B図、13B図、14B図および15B
図は、これらのＢ−Ｂ線に沿う断面図、第16図は本発明
の他の実施例を示す光路図、第17A図は第17B図のＣ部拡
大図、第17B図は液晶パネルの正面図、第18A図は透過型
スクリーンの模式斜視図、第18B図は第18A図の透過型ス
クリーンを有する投影装置の断面図である。 10…液晶パネル、11…液晶、12…ブラックマスク、14…
照明光源、15…投影光学系、16…スクリーン（投影面）
18…接眼レンズ系、21、22…分割シフトフィルタ、21′
…分割シフトフィルタ要素、21A、21B…複分割シフトフ
ィルタ、21a…非シフト部分、21b、22b…シフト部分、2
1c、22c…稜線、31…レンチキュラーレンズ、32…透過
型スクリーン。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 誠 東京都新宿区西新宿２丁目６番１号 カ シオ計算機株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G09F 9/00 360 G03B 21/00

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】微小画素列によって画像が形成され、微小
    画素間には画像形成に関与しない非発光部分が存在する
    微小画素列による画像光学系において、 各微小画素の像または微小画素による全体画像を２個以
    上に分割シフトさせて投影する分割シフト手段を設け、 この分割シフト手段による分割像のシフト量を、画像の
    投影面または空中像の結像面において、微小画素の大き
    さよりも小さく設定したことを特徴とする微小画素列に
    よる画像光学系の画素間マスクのコントラスト低下装
    置。
  2. 【請求項２】請求項１において、画像光学系は、微小画
    素列の透過像を投影光学系を介して投影面に投影する投
    影光学系である画素間マスクのコントラスト低下装置。
  3. 【請求項３】請求項１または２において、分割シフト手
    段は、複数のプリズムを備えた分割シフトフィルタから
    なっている画素間マスクのコントラスト低下装置。
  4. 【請求項４】請求項１または２において、分割シフト手
    段は、複数のプリズムを備えた分割シフトフィルタ要素
    を縦横に整列させた複分割シフトフィルタからなってい
    る画素間マスクのコントラスト低下装置。
  5. 【請求項５】請求項３または４において、分割シフトフ
    ィルタまたは複分割シフトフィルタは、投影光学系の絞
    位置またはその近傍に配設されている画素間マスクのコ
    ントラスト低下装置。
  6. 【請求項６】請求項１において、微小画素は縦横の縦マ
    スクと横マスクの間に位置する液晶であり、分割シフト
    手段は、少なくともマスクの縦横の方向と略45°をなす
    ４方向に、画像を分割シフトさせる画素間マスクのコン
    トラスト低下装置。
  7. 【請求項７】請求項６において、分割シフト手段は、画
    像をマスクの縦横の方向と略45°をなす４方向と、中心
    のシフトしない像との５個に分割する画素間マスクのコ
    ントラスト低下装置。
  8. 【請求項８】請求項６において、分割シフト手段は、画
    像をマスクの縦横の方向と略45°をなす４方向に分割す
    る画素間マスクのコントラスト低下装置。
  9. 【請求項９】請求項１において、画像光学系は、微小画
    素の空中像を、接眼光学系を介して観察する空中像観察
    系である画素間マスクのコントラスト低下装置。
  10. 【請求項１０】請求項９において、微小画像の空中像
    は、投影光学系を介して形成され、画像の分割シフト手
    段は、この投影光学系内に配設されている画素間マスク
    のコントラスト低下装置。
  11. 【請求項１１】微小画素列によって画像が形成され、微
    小画素間には画像形成に関与しない非発光部分が存在す
    る微小画素列による画像を、観察光学系を介して観察す
    る画像光学系において、 観察光学系内に、各微小画素の像または微小画素による
    全体画像を３個以上に分割シフトさせる分割シフト手段
    を設け、 この分割シフト手段による分割像のシフト量を、微小画
    素の大きさよりも小さく設定したことを特徴とする微小
    画素列による画像光学系の画素間マスクのコントラスト
    低下装置。
  12. 【請求項１２】請求項１または11において、微小画素列
    と非発光部分は、縦横に並べられた微小液晶群とこれら
    微小液晶群の間に位置するブラックマスクであり、分割
    シフト手段による分割像のシフト量は、ブラックマスク
    線幅の２倍以下である画素間マスクのコントラスト低下
    装置。
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