JP3963564B2 - 画像表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ウォブリングによる画素ずらしを行って画像を表示する画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の画像表示装置として、例えば特開平６−３２４３２０号公報には、離散的な画素配列を有する表示素子と観察位置との間の光路中に、表示素子から発する光の光軸を所定の方向に振動させる振動手段を配置し、表示素子の同一画素に奇数フィールドおよび偶数フィールドの画像を順次書き込んで表示すると共に、そのフィールドに同期して振動手段により表示素子からの光の光軸を所定の方向に振動させて、すなわち表示素子の表示面をウォブリングして、奇数フィールドと偶数フィールドとの画像を空間的に分離し、これにより表示面の画素のないブラックマトリックスの部分に等価的に画素を表示させるようにして、解像度の向上を図るようにしたものが開示されている。
【０００３】
図８は、かかる従来の画像表示装置の構成を示すものである。この画像表示装置は、バックライト１ａおよびカラー液晶表示素子１ｂを有する表示素子としてのカラー液晶パネル（以下、カラーＬＣＤと称する）１と、その前面側に順次配置した振動手段を構成する偏光変換素子２および複屈折板３とを有する。カラーＬＣＤ１は、例えば、走査線数がＮＴＳＣの１／２で、図９に部分平面図を示すように、Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれの画素がデルタ配列されている。なお、図８では、図面を明瞭とするために、走査線数を数本に省略して示してある。
【０００４】
偏光変換素子２は、例えば、比較的安価で、製作技術が確立されていることから、ＴＮ（ツイストネマティック）液晶セルシャッタ（以下、ＴＮシャッタと略称する）が、一般に用いられる。このＴＮシャッタ２は、図１０（ａ）および（ｂ）に示すように、それぞれ透明電極５を有する偏光板６でＴＮ液晶層７をサンドイッチして構成され、一対の透明電極５をスイッチ８を介して、例えば交流電源９に接続して、図１０（ａ）に示すように、スイッチ８をオンにしてＴＮ液晶層７に交流電圧を印加することにより、入射光の偏光（矢印で示す）を旋光させることなく透過し、図１０（ｂ）に示すように、スイッチ８をオフにしてＴＮ液晶層７への交流電圧の印加を解除することにより、入射光の偏光を９０°旋光させて透過するようになっている。
【０００５】
複屈折板３は、例えば、水晶（α−SiO2）、ニオブ酸リチウム（LiNbO3）、ルチル（TiO2）、方解石(CaCo3) 、チリ硝石(NaNo3) 、YVO4等の異方性結晶をもって構成され、図１１に示すように、第１の偏光の入射光は常光として透過させ、第１の偏光と直交する第２の偏光の入射光は異常光として透過させるようになっている。ここで、複屈折板３は、光線の入射方向であるカラーＬＣＤ１の表示面におけるｘｙ座標と直交するｚ方向における厚みをｄ、常光および異常光の分離角をθとすると、複屈折板３から出射される常光および異常光は、ｄ× tanθだけ空間的に分離されることになる。
【０００６】
したがって、複屈折板３の結晶軸３ａを適宜の方向に設定して、図１２に示すように、ＴＮシャッタ２をオフにすれば、カラーＬＣＤ１からの偏光をＴＮシャッタ２で９０°旋光させて第２の偏光として透過させ、さらに複屈折板３を例えば異常光として透過させることにより、カラーＬＣＤ１の表示面の画素を、図１３に示すように、元の画素位置から右斜め上方向にほぼ半画素ピッチずらしたブラックマトリックスの位置で観察することができる。また、図１４に示すように、ＴＮシャッタ２をオンにすれば、カラーＬＣＤ１からの偏光をＴＮシャッタ２で旋光することなく第１の偏光としてそのまま透過させ、さらに複屈折板３を常光として透過させることにより、カラーＬＣＤ１の表示面の画素を、図９に示す元の位置で観察することができる。
【０００７】
図８に示す従来の画像表示装置では、上記のＴＮシャッタ２および複屈折板３の特性を利用し、カラーＬＣＤ１の同一画素に、画像表示制御回路１１を介して入力映像信号の奇数フィールドと偶数フィールドとの画像を順次表示させると共に、その表示する映像信号のフィールドの同期信号と同じタイミングで、振動手段を構成するＴＮシャッタ駆動回路１２によりＴＮシャッタ２への電圧を固定的にオン・オフ制御し、これによりＴＮシャッタ２を透過する偏光の方向に応じて、複屈折板３を経て観察される画素位置を変化させるウォブリングを行って解像度の向上を図っている。すなわち、奇数フィールドでは、ＴＮシャッタ２をオフとして、図１５に示すように、観察される画素位置を元の画素位置から右斜め上方向にほぼ半画素ピッチ分ずらし（この場合の各画素位置をＲo ，Ｇo ，Ｂo で示す）、偶数フィールドでは、ＴＮシャッタ２をオンとして、図１６に示すように、観察される画素位置を元の画素位置（この場合の各画素位置をＲe ，Ｇe ，Ｂe で示す）とすることにより、カラーＬＣＤ１の画素数が２倍になった映像を観察できるようにしている。
【０００８】
なお、カラーＬＣＤ１に表示する奇数フィールド画像と偶数フィールド画像とでは、画素ずらし量に相当する時間分、映像信号のサンプリングのタイミングを異ならせている。すなわち、奇数フィールド画像を表示する場合は、偶数フィールド画像を表示する場合よりも、映像信号のサンプリングのタイミングを、ほぼ半画素ピッチに相当する時間分遅延している。また、カラーＬＣＤ１は、次のフィールドの画像に書き換えるまでは前のフィールドの画像を保持するので、ＴＮシャッタ２の一方の電極は、例えば５ライン程度の複数ラインに分割し、他方の電極は共通電極として、一方の電極をカラーＬＣＤ１のライン走査のタイミングに合わせて選択して電圧の印加を制御するようにしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者による種々の実験によれば、上述した従来のウォブリングを採用する画像表示装置にあっては、カラーＬＣＤ１に表示する奇数フィールド画像と偶数フィールド画像との切り替えタイミングと同じタイミングで、すなわち１／６０秒毎に固定的にＴＮシャッタ２をオン・オフ制御すると、ＴＮシャッタ２の旋光における応答特性の影響で、解像度を十分に向上できないことが判明した。
【００１０】
図１７は、ＴＮシャッタ２の旋光における応答特性を説明するための図で、図１７（ａ）は第１の偏光の透過率を、図１７（ｂ）は駆動電圧を示している。なお、ここでは、駆動電圧として高周波電圧を印加するものとする。ＴＮシャッタ２は、駆動電圧印加時の立ち上がり応答時間τONと、駆動電圧除去時の立ち下がり応答時間τOFF とを有する。ここで、ＴＮシャッタ２での第１の偏光の最大透過率をＴm 、最小透過率をＴo とすると、立ち上がり応答時間τONは、駆動電圧印加時から液晶が挙動し始めて、第１の偏光の透過率が１０％に達するまで、すなわち｛Ｔo ＋０．１（Ｔm −Ｔo ）｝に達するまでの立ち上がり遅延時間tdONと、そこから実際にＴＮ液晶が立ち上がって透過率が９０％に達するまで、すなわち｛Ｔo ＋０．９（Ｔm −Ｔo ）｝に達するまでの立ち上がり時間trとの和で表される。また、立ち下がり応答時間τOFF は、駆動電圧除去時から液晶が挙動し始めて透過率が９０％に落ちるまでの立ち下がり遅延時間tdOFF と、そこから実際にＴＮ液晶が寝始めて透過率が１０％になるまでの立ち下がり時間tdとの和で表される。
【００１１】
上記の応答特性において、tdON、tr、tdOFF およびtdの各値は、例えば、tdON＝０．５ms、tr＝１ms、tdOFF ＝５ms、td＝５msとなり、したがってτON＝１．５ms、τOFF ＝１０msとなる。ここで、立ち上がり時間trは駆動印加電圧に依存し、立ち下がり時間tdは液晶が固有に有する材料特性に依存するが、このように立ち上がり応答時間τONと、立ち下がり応答時間τOFF とが異なる場合において、従来のように、ＴＮシャッタ２のオン・オフをフィールドの切り替えと同じタイミングで行うと、そのオン期間とオフ期間とで透過光量が異なるため、前のフィールドの残光によりコントラストが低下すると共に、ウォブリングによる解像度の向上が図れなくなる。
【００１２】
すなわち、図１８（ａ）および（ｂ）に、一つの画素に着目した場合のＴＮシャッタ２における第１の偏光の透過率と、駆動電圧のオン・オフのタイミングとを示すように、ＴＮシャッタ２のオン・オフをフィールドの切り替えと同じタイミングで行うと、偶数フィールドでは、理想的には第１の偏光のみを透過して、その偏光が有する情報（映像信号；Ｒe ，Ｇe ，Ｂe ）を元々の画素位置（以下、偶数ラインとも称する）でのみ表示すべきであるが、立ち上がり応答時間τONの間は、第２の偏光をも透過するため、この第２の偏光が本来有する情報（映像信号；Ｒo ，Ｇo ，Ｂo ）を表示すべきである画素ずらし位置（以下、奇数ラインとも称する）にも、第１の偏光が有する情報を表示することになって、観察される画像が図１９（ａ）に示すようになってしまう。同様に、立ち下がり応答時間τOFF の間でも、第１の偏光と第２の偏光とが透過するため、本来奇数ラインで表示すべき情報（映像信号；Ｒo ，Ｇo ，Ｂo ）を、偶数ラインでも表示することになって、観察される画像が図１９（ｂ）に示すようになってしまう。
【００１３】
このため、ウォブリングによる解像度の向上を十分発揮できなくなると共に、立ち上がり応答時間τONに比べて立ち下がり応答時間τOFF が長いために、コントラストが低下するという問題が生じる。なお、図１８では、順次の偶数フィールドで、交互に極性の異なる直流の駆動電圧をＴＮシャッタ２に印加するようにしたが、各電圧印加期間において高周波の駆動電圧を印加する場合もある。
【００１４】
ここで、図２０（ａ）および（ｂ）に示す図１８（ａ）および（ｂ）の拡大図を参照して、コントラストを概算する。なお、図２０（ａ）では、計算を簡略化するために、旋光の応答特性を直線で近似している。コントラストＣont.は、図２０（ａ）に示す応答特性の偶数フィールドにおける面積をＳe 、奇数フィールドにおける面積をＳo とすると、
Ｃont.＝（Ｓe −Ｓo ）／（Ｓe ＋Ｓo ） ・・・（１）
で表される。１フィールド時間をtFとすると、面積Ｓe およびＳo は、それぞれ以下の式で表すことができる。
Ｓe ＝tF−τON＋(1/2)tr ・・・（２）
Ｓo ＝tdOFF ＋(1/2)td ・・・（３）
したがって、コントラストＣont.は、
となる。
【００１５】
上記（４）式に、tF＝16.67ms(1/60s)として、図１７で説明した各値、すなわち、tr＝１ms、tdOFF ＝５ms、td＝５ms、τON＝1.5ms を当てはめると、
Ｃont.＝0.353
となる。すなわち、図８に示す従来の画像表示装置では、ＴＮシャッタ２の上述した旋光の応答特性によって、コントラストが約６５％も低減してしまうことになる。
【００１６】
この発明は、上述した従来の問題点に着目してなされたもので、コントラストの低下を有効に防止して、ウォブリングによる高解像度化を十分発揮できるように適切に構成した画像表示装置を提供することを目的とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する請求項１に係る発明は、画像信号に基づいて選択されて光を発生する複数の画素を有する表示素子と、該表示素子からの光の偏光面を制御信号に基づいて選択的に旋光する遅延応答特性を有する偏光変換素子とを有する画像表示装置において、前記偏光変換素子の応答特性に基づいて前記制御信号を生成する信号発生回路と、前記偏光変換素子の近傍の温度を検出する温度検出器とを有し、前記制御信号は前記偏光変換素子のオン状態およびオフ状態を切り替える駆動信号であり、前記信号発生回路は前記偏光変換素子の遅延応答特性と前記温度検出器で検出した温度とに基づいて前記駆動信号のタイミングおよびデューティ比を制御することを特徴とするものである。
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の画像表示装置において、前記偏光変換素子はＴＮシャッタを有することを特徴とするものである。
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の画像表示装置において、さらに複屈折板を有し、前記ＴＮシャッタを前記表示素子と前記複屈折板との間に配置したことを特徴とするものである。
請求項４に係る発明は、請求項１に記載の画像表示装置において、前記偏光変換素子は、立ち上がり応答時間と立ち下がり応答時間とが異なるＴＮシャッタからなることを特徴とするものである。
請求項５に係る発明は、請求項１または４に記載の画像表示装置において、前記偏光変換素子は、立ち下がり応答時間よりも立ち上がり応答時間が短いＴＮシャッタからなることを特徴とするものである。
請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の画像表示装置において、前記駆動信号を前記画像表示装置のコントラストが高くなるように制御することを特徴とするものである。
【００１８】
請求項７に係る発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の画像表示装置において、前記画像表示装置は第１の画像フィールドおよび第２の画像フィールドを生成し、前記偏光変換素子は前記駆動信号に応答して第１の状態および第２の状態に動作可能であり、前記偏光変換素子の第１の状態および第２の状態において前記表示素子からの光の偏光面が異なることを特徴とするものである。
請求項８に係る発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の画像表示装置において、前記信号発生回路は、前記偏光変換素子が第１の状態および第２の状態に切り替わる時点において、前記画像表示装置からの光の透過率が５０％となるように、前記駆動信号のタイミングおよびデューティ比を制御することを特徴とするものである。
【００１９】
請求項９に係る発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の画像表示装置において、前記画像表示装置は複数の画像フィールドを生成し、前記偏光変換素子は前記駆動信号に応答して複数の状態に動作可能であり、前記偏光変換素子の動作状態に基づいて前記表示素子からの光の偏光面が変化することを特徴とするものである。
請求項１０に係る発明は、請求項１〜９のいずれか一項に記載の画像表示装置において、前記信号発生回路は、前記偏光変換素子の状態間の切り替え時において、前記画像表示装置からの光の透過率が５０％となるように、前記駆動信号のタイミングおよびデューティ比を制御することを特徴とするものである。
【００２０】
請求項１１に係る発明は、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の画像表示装置において、前記表示素子は、カラーＬＣＤ、モノクロＬＣＤ、プラズマディスプレイ、ＥＬまたはホトクロミックからなることを特徴とするものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の一実施形態の構成を示すものである。この画像表示装置では、図８と同様に、バックライト１ａおよびカラー液晶表示素子１ｂを有する表示素子としてのカラーＬＣＤ１を用い、その前面側に偏光変換素子としてのＴＮシャッタ２と複屈折板３とを順次配置する。カラーＬＣＤ１には、従来例で説明したと同様にして、その同一画素に、画像表示制御回路１１を介して入力映像信号の奇数フィールドと偶数フィールドとの画像を順次表示させるようにする。
【００２３】
この実施形態では、画像表示制御回路１１からＴＮシャッタ駆動手段２１に映像信号の同期信号を供給し、この同期信号に基づいてＴＮシャッタ駆動手段２１により、ＴＮシャッタ２をその旋光の応答特性に応じてオン・オフ制御し、これによりＴＮシャッタ２を透過する偏光の方向に応じて、複屈折板３を経て観察される画素位置を変化させるウォブリングを行うようにする。このため、ＴＮシャッタ駆動手段２１には、フィールド検出回路２２、遅延信号発生回路２３，２４およびＴＮシャッタ駆動信号発生回路２５を設け、フィールド検出回路２２で画像表示制御回路１１からの同期信号に基づいて図２（ａ）に示すようなフィールド同期信号を生成し、このフィールド同期信号を遅延信号発生回路２３，２４で図２（ｂ），（ｃ）に示すようにそれぞれ異なる時間τ１，τ２遅延させ、ＴＮシャッタ駆動信号発生回路２５で、例えば遅延信号発生回路２３の出力をセット信号として、遅延信号発生回路２４の出力をリセット信号としてそれぞれ用いて図２（ｄ）に示すようなＴＮシャッタ駆動信号を生成し、このＴＮシャッタ駆動信号に同期して図２（ｅ）に示す駆動電圧をＴＮシャッタ２に印加するようにする。なお、図２（ｅ）では、順次の偶数フィールドで、交互に極性の異なる直流の駆動電圧を印加する場合を示しているが、各電圧印加期間において高周波の駆動電圧を印加するようにしてもよい。
【００２４】
このようにして、図３（ａ）および（ｂ）に、一つの画素に着目した場合のＴＮシャッタ２における第１の偏光の透過率と、駆動電圧のオン・オフのタイミングとを示すように、フィールドの切り替えにおいて第１の偏光の透過率がほぼ５０％、したがって第２の偏光の透過率もほぼ５０％となるように、ＴＮシャッタ２をオン・オフ制御する。ここで、駆動電圧の印加開始時点からフィールドの切り替え時点までの時間tb、およびデューティ比dfは、図４（ａ），（ｂ）に図３（ａ），（ｂ）の拡大図を示すように、
tb＝tdON＋tr/2 ・・・（５）
df＝｛tF＋(tdON −tdOFF)＋(tr −td)/2 ｝／(2・tF） ・・・（６）
を満たすように設定する。したがって、図１に示す遅延信号発生回路２３，２４における遅延時間τ１，τ２は、それぞれ、
τ１＝tF−tdON−(1/2)tr ・・・（７）
τ２＝２tF−tdOFF −(1/2)td ・・・（８）
を満たすように調整する。
【００２５】
このようにすれば、図４（ａ）において、偶数フィールドにおける面積Ｓe および奇数フィールドにおける面積Ｓo は、それぞれ、
Ｓe ＝tF−(5/32)tr−(5/32)td ・・・（９）
Ｓo ＝(5/32)tr＋(5/32)td ・・・（10）
となるので、コントラストＣont.は、
Ｃont.＝｛16tF−５(tr ＋td) ｝／(16tF) ・・・（11）
となる。したがって、上記（11）式に、tF＝16.67ms(1/60s)として、図１７で説明したtr, tdの値、すなわち、tr＝１ms，td＝５msを当てはめると、
Ｃont.＝0.8875
となり、図８に示す従来の画像表示装置におけるよりも、コントラストを約５３％も向上することができる。
【００２６】
また、このようにＴＮシャッタ２を駆動すれば、同一映像信号が奇数ラインと偶数ラインとに同時に表示されるのを最小限に抑えることができるので、図５に示すように、奇数フィールドでは画素ずらしした奇数ラインに奇数フィールドのＲo ，Ｇo ，Ｂo の映像信号を、偶数フィールドでは元の画素位置である偶数ラインに偶数フィールドのＲe ，Ｇe ，Ｂe の映像信号をそれぞれ有効に表示することができ、ウォブリングによる解像度の向上を十分発揮することができる。
【００２７】
以上のように、この実施形態では、ＴＮシャッタ２をその旋光の応答特性に応じて、フィールドの切り替え時点において第１，第２の偏光の透過率がほぼ５０％となるように、駆動電圧のオン・オフのタイミングおよびデューティ比を制御するようにしたので、コントラストを最大にすることができると共に、解像度を有効に向上することができ、高解像度で、画質の優れた画像を観察することができる。なお、上記実施形態において、ＴＮシャッタ２、複屈折板３およびＴＮシャッタ駆動手段２１は振動手段を構成し、ＴＮシャッタ２、フィールド検出回路２２、遅延信号発生回路２３，２４およびＴＮシャッタ駆動信号発生回路２５は偏光変換制御手段を構成する。さらに、ＴＮシャッタ２は偏光変換素子を構成し、フィールド検出回路２２、遅延信号発生回路２３，２４およびＴＮシャッタ駆動信号発生回路２５は駆動手段を構成する。
【００２８】
図６は、図１に示す画像表示装置を装着した頭部装着型画像表示装置（以下、ＨＭＤと称する）の一例の構成を示すものである。このＨＭＤは、表示装置本体部３１、側頭フレーム３２および頭頂フレーム３３を有し、側頭フレーム３２および頭頂フレーム３３を観察者３４の頭部に装着することにより、表示装置本体部３１を観察者３４の顔面に保持するようにする。また、側頭フレーム３２には、板バネ３５を介してリヤフレーム３６を取り付け、このリヤフレーム３６に観察者３４の耳の位置に対応してスピーカ３７を設ける。
【００２９】
表示装置本体部３１には、観察者３４の左右の眼球に対応して、図７（ａ）または（ｂ）に示すような光学系を設ける。図７（ａ）に示す光学系は、シースルータイプのもので、図１に示すカラーＬＣＤ、ＴＮシャッタおよび複屈折板を有する画像表示装置４１での表示画像を、ハーフミラープリズム４２を透過させて凹面鏡４３で反射させ、さらにハーフミラープリズム４２で反射させて対応する眼球に拡大して導くと共に、外界像を、例えば、液晶シャッタ４４およびハーフミラープリズム４２を経て対応する眼球に導くようにしたものである。また、図７（ｂ）に示す光学系は、図１に示す構成の画像表示装置４１での表示画像を接眼レンズ４６を経て対応する眼球に導くようにしたものである。
【００３０】
表示装置本体部３１は、ケーブル３８を介して、音声信号のレベル等を調整するボリューム等の調整手段４０を有する再生装置３９に接続し、この再生装置３９から所要の映像信号を左右の画像表示装置に供給して表示し、音声信号をスピーカ３７から出力するようにする。
【００３１】
なお、表示装置本体部３１は、ケーブル３８を介して既存のビデオデッキや、ＴＶチューナに接続して、映像を表示するようにすることもできるし、あるいはコンピュータ等に接続してコンピュータグラフィックスの映像や、コンピュータからのメッセージ映像等を表示するようにすることもできる。また、ケーブル３８を用いることなく、表示装置本体部３１にアンテナを設けて、外部からの信号を電波によって受信して表示するようにすることもできる。さらに、左右の画像表示装置に、例えば、視差を有する映像信号を供給して表示させることにより、立体画像を観察するようにすることもできる。
【００３２】
上述したＨＭＤにおいて、画像表示装置を構成するカラーＬＣＤは、例えば、１．３インチと小型であり、その画素数もせいぜい多くて３０万画素である。したがって、このようなカラーＬＣＤを用いて上述したようにしてウォブリングを行うことは、広画角のＨＭＤにおいて、高解像度および高画質を図るうえで極めて有効である。
【００３３】
なお、この発明は、上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、上述した実施形態では、偏光変換素子として、立ち上がり応答時間が立ち下がり応答時間に比べて短いＴＮシャッタを用いたが、逆の特性を有するＴＮシャッタを用いる場合でも、また、ＴＮシャッタ以外の偏光変換素子を用いる場合でも、立ち上がり応答時間と立ち下がり応答時間との差を補正するように、駆動のタイミングおよびデューティ比を制御することにより、コントラストの低下を防止して、解像度を向上することができる。また、１フィールド時間ｔＦは、１／６０ｓ以外でも適用可能であることは言うまでもない。また、表示素子もカラーＬＣＤに限らずモノクロのＬＣＤ、あるいはプラズマディスプレイ、ＥＬ、ホトクロミック等のカラーまたはモノクロの表示素子を用いる場合にもこの発明を有効に適用することができる。さらに、表示素子の画素配列もデルタ配列に限らず、ストライプ配列、モザイク配列等の他の配列のものを用いることができ、その画素配列に応じてブラックマトリックスを補間するようにウォブリングによる画素ずらしを行うことができる。
【００３４】
また、上述した実施形態では、ＴＮシャッタ２がオフで画素ずらしするようにしたが、カラーＬＣＤ１を構成する偏光板の偏光方向を９０°回転させて、ＴＮシャッタ２がオンで画素ずらしを行うようにすることもできる。さらに、温度変化によるＴＮシャッタ２の応答特性の変化に対応するため、ＴＮシャッタ２の近傍の温度を検出し、その検出温度に基づいてＴＮシャッタ２への駆動電圧のオン・オフのタイミングおよびデューティ比を制御するようにすることもできる。このようにすれば、温度変化にかかわらず常に高解像度、かつ高画質で画像を観察することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、偏光変換素子のオン状態およびオフ状態を切り替える駆動信号のタイミングおよびデューティ比を、偏光変換素子の遅延応答特性と偏光変換素子近傍の温度とに基づいて制御するようにしたので、ウォブリングを行う際に、温度変化にかかわらず、コントラストの低下を有効に防止して、常に高解像度化を十分発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態の構成を示す図である。
【図２】図１に示すＴＮシャッタ駆動手段の動作を示す信号波形図である。
【図３】図１に示す実施形態による一つの画素に着目した場合のＴＮシャッタでの第１の偏光の透過率と、駆動電圧のオン・オフのタイミングとを示す図である。
【図４】図３を拡大して示す図である。
【図５】図１に示す実施形態において観察されるカラーＬＣＤの表示面の画素を示す図である。
【図６】図１に示す画像表示装置を装着した頭部装着型画像表示装置の一例の構成を示すものである。
【図７】図６に示す頭部装着型画像表示装置において、観察者の左右の眼球に対応して表示装置本体部に設ける光学系の二つの例を示す図である。
【図８】従来の画像表示装置の構成を示す図である。
【図９】図８に示すカラーＬＣＤの画素配列を示す部分平面図である。
【図１０】図８に示すＴＮシャッタの動作を説明するための図である。
【図１１】同じく、複屈折板の動作を説明するための図である。
【図１２】従来の画像表示装置において画素ずらしを行う場合の偏光の様子を示す図である。
【図１３】図１２に示す画素ずらし状態での観察画素位置を示す図である。
【図１４】従来の画像表示装置において画素ずらしを行わない場合の偏光の様子を示す図である。
【図１５】従来の画像表示装置による奇数フィールドの観察画素位置を示す図である。
【図１６】同じく、偶数フィールドの観察画素位置を示す図である。
【図１７】図８に示すＴＮシャッタの旋光の応答特性を説明するための図である。
【図１８】従来の画像表示装置による一つの画素に着目した場合のＴＮシャッタでの第１の偏光の透過率と、駆動電圧のオン・オフのタイミングとを示す図である。
【図１９】従来の画像表示装置における問題点を説明するための図である。
【図２０】図１８を拡大して示す図である。
【符号の説明】
１ カラーＬＣＤ
１ａ バックライト
１ｂ カラー液晶表示素子
２ ＴＮシャッタ
３ 複屈折板
１１ 画像表示制御回路
２１ ＴＮシャッタ駆動手段
２２ フィールド検出回路
２３，２４ 遅延信号発生回路
２５ ＴＮシャッタ駆動信号発生回路
【発明の属する技術分野】
この発明は、ウォブリングによる画素ずらしを行って画像を表示する画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の画像表示装置として、例えば特開平６−３２４３２０号公報には、離散的な画素配列を有する表示素子と観察位置との間の光路中に、表示素子から発する光の光軸を所定の方向に振動させる振動手段を配置し、表示素子の同一画素に奇数フィールドおよび偶数フィールドの画像を順次書き込んで表示すると共に、そのフィールドに同期して振動手段により表示素子からの光の光軸を所定の方向に振動させて、すなわち表示素子の表示面をウォブリングして、奇数フィールドと偶数フィールドとの画像を空間的に分離し、これにより表示面の画素のないブラックマトリックスの部分に等価的に画素を表示させるようにして、解像度の向上を図るようにしたものが開示されている。
【０００３】
図８は、かかる従来の画像表示装置の構成を示すものである。この画像表示装置は、バックライト１ａおよびカラー液晶表示素子１ｂを有する表示素子としてのカラー液晶パネル（以下、カラーＬＣＤと称する）１と、その前面側に順次配置した振動手段を構成する偏光変換素子２および複屈折板３とを有する。カラーＬＣＤ１は、例えば、走査線数がＮＴＳＣの１／２で、図９に部分平面図を示すように、Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれの画素がデルタ配列されている。なお、図８では、図面を明瞭とするために、走査線数を数本に省略して示してある。
【０００４】
偏光変換素子２は、例えば、比較的安価で、製作技術が確立されていることから、ＴＮ（ツイストネマティック）液晶セルシャッタ（以下、ＴＮシャッタと略称する）が、一般に用いられる。このＴＮシャッタ２は、図１０（ａ）および（ｂ）に示すように、それぞれ透明電極５を有する偏光板６でＴＮ液晶層７をサンドイッチして構成され、一対の透明電極５をスイッチ８を介して、例えば交流電源９に接続して、図１０（ａ）に示すように、スイッチ８をオンにしてＴＮ液晶層７に交流電圧を印加することにより、入射光の偏光（矢印で示す）を旋光させることなく透過し、図１０（ｂ）に示すように、スイッチ８をオフにしてＴＮ液晶層７への交流電圧の印加を解除することにより、入射光の偏光を９０°旋光させて透過するようになっている。
【０００５】
複屈折板３は、例えば、水晶（α−SiO2）、ニオブ酸リチウム（LiNbO3）、ルチル（TiO2）、方解石(CaCo3) 、チリ硝石(NaNo3) 、YVO4等の異方性結晶をもって構成され、図１１に示すように、第１の偏光の入射光は常光として透過させ、第１の偏光と直交する第２の偏光の入射光は異常光として透過させるようになっている。ここで、複屈折板３は、光線の入射方向であるカラーＬＣＤ１の表示面におけるｘｙ座標と直交するｚ方向における厚みをｄ、常光および異常光の分離角をθとすると、複屈折板３から出射される常光および異常光は、ｄ× tanθだけ空間的に分離されることになる。
【０００６】
したがって、複屈折板３の結晶軸３ａを適宜の方向に設定して、図１２に示すように、ＴＮシャッタ２をオフにすれば、カラーＬＣＤ１からの偏光をＴＮシャッタ２で９０°旋光させて第２の偏光として透過させ、さらに複屈折板３を例えば異常光として透過させることにより、カラーＬＣＤ１の表示面の画素を、図１３に示すように、元の画素位置から右斜め上方向にほぼ半画素ピッチずらしたブラックマトリックスの位置で観察することができる。また、図１４に示すように、ＴＮシャッタ２をオンにすれば、カラーＬＣＤ１からの偏光をＴＮシャッタ２で旋光することなく第１の偏光としてそのまま透過させ、さらに複屈折板３を常光として透過させることにより、カラーＬＣＤ１の表示面の画素を、図９に示す元の位置で観察することができる。
【０００７】
図８に示す従来の画像表示装置では、上記のＴＮシャッタ２および複屈折板３の特性を利用し、カラーＬＣＤ１の同一画素に、画像表示制御回路１１を介して入力映像信号の奇数フィールドと偶数フィールドとの画像を順次表示させると共に、その表示する映像信号のフィールドの同期信号と同じタイミングで、振動手段を構成するＴＮシャッタ駆動回路１２によりＴＮシャッタ２への電圧を固定的にオン・オフ制御し、これによりＴＮシャッタ２を透過する偏光の方向に応じて、複屈折板３を経て観察される画素位置を変化させるウォブリングを行って解像度の向上を図っている。すなわち、奇数フィールドでは、ＴＮシャッタ２をオフとして、図１５に示すように、観察される画素位置を元の画素位置から右斜め上方向にほぼ半画素ピッチ分ずらし（この場合の各画素位置をＲo ，Ｇo ，Ｂo で示す）、偶数フィールドでは、ＴＮシャッタ２をオンとして、図１６に示すように、観察される画素位置を元の画素位置（この場合の各画素位置をＲe ，Ｇe ，Ｂe で示す）とすることにより、カラーＬＣＤ１の画素数が２倍になった映像を観察できるようにしている。
【０００８】
なお、カラーＬＣＤ１に表示する奇数フィールド画像と偶数フィールド画像とでは、画素ずらし量に相当する時間分、映像信号のサンプリングのタイミングを異ならせている。すなわち、奇数フィールド画像を表示する場合は、偶数フィールド画像を表示する場合よりも、映像信号のサンプリングのタイミングを、ほぼ半画素ピッチに相当する時間分遅延している。また、カラーＬＣＤ１は、次のフィールドの画像に書き換えるまでは前のフィールドの画像を保持するので、ＴＮシャッタ２の一方の電極は、例えば５ライン程度の複数ラインに分割し、他方の電極は共通電極として、一方の電極をカラーＬＣＤ１のライン走査のタイミングに合わせて選択して電圧の印加を制御するようにしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者による種々の実験によれば、上述した従来のウォブリングを採用する画像表示装置にあっては、カラーＬＣＤ１に表示する奇数フィールド画像と偶数フィールド画像との切り替えタイミングと同じタイミングで、すなわち１／６０秒毎に固定的にＴＮシャッタ２をオン・オフ制御すると、ＴＮシャッタ２の旋光における応答特性の影響で、解像度を十分に向上できないことが判明した。
【００１０】
図１７は、ＴＮシャッタ２の旋光における応答特性を説明するための図で、図１７（ａ）は第１の偏光の透過率を、図１７（ｂ）は駆動電圧を示している。なお、ここでは、駆動電圧として高周波電圧を印加するものとする。ＴＮシャッタ２は、駆動電圧印加時の立ち上がり応答時間τONと、駆動電圧除去時の立ち下がり応答時間τOFF とを有する。ここで、ＴＮシャッタ２での第１の偏光の最大透過率をＴm 、最小透過率をＴo とすると、立ち上がり応答時間τONは、駆動電圧印加時から液晶が挙動し始めて、第１の偏光の透過率が１０％に達するまで、すなわち｛Ｔo ＋０．１（Ｔm −Ｔo ）｝に達するまでの立ち上がり遅延時間tdONと、そこから実際にＴＮ液晶が立ち上がって透過率が９０％に達するまで、すなわち｛Ｔo ＋０．９（Ｔm −Ｔo ）｝に達するまでの立ち上がり時間trとの和で表される。また、立ち下がり応答時間τOFF は、駆動電圧除去時から液晶が挙動し始めて透過率が９０％に落ちるまでの立ち下がり遅延時間tdOFF と、そこから実際にＴＮ液晶が寝始めて透過率が１０％になるまでの立ち下がり時間tdとの和で表される。
【００１１】
上記の応答特性において、tdON、tr、tdOFF およびtdの各値は、例えば、tdON＝０．５ms、tr＝１ms、tdOFF ＝５ms、td＝５msとなり、したがってτON＝１．５ms、τOFF ＝１０msとなる。ここで、立ち上がり時間trは駆動印加電圧に依存し、立ち下がり時間tdは液晶が固有に有する材料特性に依存するが、このように立ち上がり応答時間τONと、立ち下がり応答時間τOFF とが異なる場合において、従来のように、ＴＮシャッタ２のオン・オフをフィールドの切り替えと同じタイミングで行うと、そのオン期間とオフ期間とで透過光量が異なるため、前のフィールドの残光によりコントラストが低下すると共に、ウォブリングによる解像度の向上が図れなくなる。
【００１２】
すなわち、図１８（ａ）および（ｂ）に、一つの画素に着目した場合のＴＮシャッタ２における第１の偏光の透過率と、駆動電圧のオン・オフのタイミングとを示すように、ＴＮシャッタ２のオン・オフをフィールドの切り替えと同じタイミングで行うと、偶数フィールドでは、理想的には第１の偏光のみを透過して、その偏光が有する情報（映像信号；Ｒe ，Ｇe ，Ｂe ）を元々の画素位置（以下、偶数ラインとも称する）でのみ表示すべきであるが、立ち上がり応答時間τONの間は、第２の偏光をも透過するため、この第２の偏光が本来有する情報（映像信号；Ｒo ，Ｇo ，Ｂo ）を表示すべきである画素ずらし位置（以下、奇数ラインとも称する）にも、第１の偏光が有する情報を表示することになって、観察される画像が図１９（ａ）に示すようになってしまう。同様に、立ち下がり応答時間τOFF の間でも、第１の偏光と第２の偏光とが透過するため、本来奇数ラインで表示すべき情報（映像信号；Ｒo ，Ｇo ，Ｂo ）を、偶数ラインでも表示することになって、観察される画像が図１９（ｂ）に示すようになってしまう。
【００１３】
このため、ウォブリングによる解像度の向上を十分発揮できなくなると共に、立ち上がり応答時間τONに比べて立ち下がり応答時間τOFF が長いために、コントラストが低下するという問題が生じる。なお、図１８では、順次の偶数フィールドで、交互に極性の異なる直流の駆動電圧をＴＮシャッタ２に印加するようにしたが、各電圧印加期間において高周波の駆動電圧を印加する場合もある。
【００１４】
ここで、図２０（ａ）および（ｂ）に示す図１８（ａ）および（ｂ）の拡大図を参照して、コントラストを概算する。なお、図２０（ａ）では、計算を簡略化するために、旋光の応答特性を直線で近似している。コントラストＣont.は、図２０（ａ）に示す応答特性の偶数フィールドにおける面積をＳe 、奇数フィールドにおける面積をＳo とすると、
Ｃont.＝（Ｓe −Ｓo ）／（Ｓe ＋Ｓo ） ・・・（１）
で表される。１フィールド時間をtFとすると、面積Ｓe およびＳo は、それぞれ以下の式で表すことができる。
Ｓe ＝tF−τON＋(1/2)tr ・・・（２）
Ｓo ＝tdOFF ＋(1/2)td ・・・（３）
したがって、コントラストＣont.は、
【００１５】
上記（４）式に、tF＝16.67ms(1/60s)として、図１７で説明した各値、すなわち、tr＝１ms、tdOFF ＝５ms、td＝５ms、τON＝1.5ms を当てはめると、
Ｃont.＝0.353
となる。すなわち、図８に示す従来の画像表示装置では、ＴＮシャッタ２の上述した旋光の応答特性によって、コントラストが約６５％も低減してしまうことになる。
【００１６】
この発明は、上述した従来の問題点に着目してなされたもので、コントラストの低下を有効に防止して、ウォブリングによる高解像度化を十分発揮できるように適切に構成した画像表示装置を提供することを目的とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する請求項１に係る発明は、画像信号に基づいて選択されて光を発生する複数の画素を有する表示素子と、該表示素子からの光の偏光面を制御信号に基づいて選択的に旋光する遅延応答特性を有する偏光変換素子とを有する画像表示装置において、前記偏光変換素子の応答特性に基づいて前記制御信号を生成する信号発生回路と、前記偏光変換素子の近傍の温度を検出する温度検出器とを有し、前記制御信号は前記偏光変換素子のオン状態およびオフ状態を切り替える駆動信号であり、前記信号発生回路は前記偏光変換素子の遅延応答特性と前記温度検出器で検出した温度とに基づいて前記駆動信号のタイミングおよびデューティ比を制御することを特徴とするものである。
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の画像表示装置において、前記偏光変換素子はＴＮシャッタを有することを特徴とするものである。
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の画像表示装置において、さらに複屈折板を有し、前記ＴＮシャッタを前記表示素子と前記複屈折板との間に配置したことを特徴とするものである。
請求項４に係る発明は、請求項１に記載の画像表示装置において、前記偏光変換素子は、立ち上がり応答時間と立ち下がり応答時間とが異なるＴＮシャッタからなることを特徴とするものである。
請求項５に係る発明は、請求項１または４に記載の画像表示装置において、前記偏光変換素子は、立ち下がり応答時間よりも立ち上がり応答時間が短いＴＮシャッタからなることを特徴とするものである。
請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の画像表示装置において、前記駆動信号を前記画像表示装置のコントラストが高くなるように制御することを特徴とするものである。
【００１８】
請求項７に係る発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の画像表示装置において、前記画像表示装置は第１の画像フィールドおよび第２の画像フィールドを生成し、前記偏光変換素子は前記駆動信号に応答して第１の状態および第２の状態に動作可能であり、前記偏光変換素子の第１の状態および第２の状態において前記表示素子からの光の偏光面が異なることを特徴とするものである。
請求項８に係る発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の画像表示装置において、前記信号発生回路は、前記偏光変換素子が第１の状態および第２の状態に切り替わる時点において、前記画像表示装置からの光の透過率が５０％となるように、前記駆動信号のタイミングおよびデューティ比を制御することを特徴とするものである。
【００１９】
請求項９に係る発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の画像表示装置において、前記画像表示装置は複数の画像フィールドを生成し、前記偏光変換素子は前記駆動信号に応答して複数の状態に動作可能であり、前記偏光変換素子の動作状態に基づいて前記表示素子からの光の偏光面が変化することを特徴とするものである。
請求項１０に係る発明は、請求項１〜９のいずれか一項に記載の画像表示装置において、前記信号発生回路は、前記偏光変換素子の状態間の切り替え時において、前記画像表示装置からの光の透過率が５０％となるように、前記駆動信号のタイミングおよびデューティ比を制御することを特徴とするものである。
【００２０】
請求項１１に係る発明は、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の画像表示装置において、前記表示素子は、カラーＬＣＤ、モノクロＬＣＤ、プラズマディスプレイ、ＥＬまたはホトクロミックからなることを特徴とするものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の一実施形態の構成を示すものである。この画像表示装置では、図８と同様に、バックライト１ａおよびカラー液晶表示素子１ｂを有する表示素子としてのカラーＬＣＤ１を用い、その前面側に偏光変換素子としてのＴＮシャッタ２と複屈折板３とを順次配置する。カラーＬＣＤ１には、従来例で説明したと同様にして、その同一画素に、画像表示制御回路１１を介して入力映像信号の奇数フィールドと偶数フィールドとの画像を順次表示させるようにする。
【００２３】
この実施形態では、画像表示制御回路１１からＴＮシャッタ駆動手段２１に映像信号の同期信号を供給し、この同期信号に基づいてＴＮシャッタ駆動手段２１により、ＴＮシャッタ２をその旋光の応答特性に応じてオン・オフ制御し、これによりＴＮシャッタ２を透過する偏光の方向に応じて、複屈折板３を経て観察される画素位置を変化させるウォブリングを行うようにする。このため、ＴＮシャッタ駆動手段２１には、フィールド検出回路２２、遅延信号発生回路２３，２４およびＴＮシャッタ駆動信号発生回路２５を設け、フィールド検出回路２２で画像表示制御回路１１からの同期信号に基づいて図２（ａ）に示すようなフィールド同期信号を生成し、このフィールド同期信号を遅延信号発生回路２３，２４で図２（ｂ），（ｃ）に示すようにそれぞれ異なる時間τ１，τ２遅延させ、ＴＮシャッタ駆動信号発生回路２５で、例えば遅延信号発生回路２３の出力をセット信号として、遅延信号発生回路２４の出力をリセット信号としてそれぞれ用いて図２（ｄ）に示すようなＴＮシャッタ駆動信号を生成し、このＴＮシャッタ駆動信号に同期して図２（ｅ）に示す駆動電圧をＴＮシャッタ２に印加するようにする。なお、図２（ｅ）では、順次の偶数フィールドで、交互に極性の異なる直流の駆動電圧を印加する場合を示しているが、各電圧印加期間において高周波の駆動電圧を印加するようにしてもよい。
【００２４】
このようにして、図３（ａ）および（ｂ）に、一つの画素に着目した場合のＴＮシャッタ２における第１の偏光の透過率と、駆動電圧のオン・オフのタイミングとを示すように、フィールドの切り替えにおいて第１の偏光の透過率がほぼ５０％、したがって第２の偏光の透過率もほぼ５０％となるように、ＴＮシャッタ２をオン・オフ制御する。ここで、駆動電圧の印加開始時点からフィールドの切り替え時点までの時間tb、およびデューティ比dfは、図４（ａ），（ｂ）に図３（ａ），（ｂ）の拡大図を示すように、
tb＝tdON＋tr/2 ・・・（５）
df＝｛tF＋(tdON −tdOFF)＋(tr −td)/2 ｝／(2・tF） ・・・（６）
を満たすように設定する。したがって、図１に示す遅延信号発生回路２３，２４における遅延時間τ１，τ２は、それぞれ、
τ１＝tF−tdON−(1/2)tr ・・・（７）
τ２＝２tF−tdOFF −(1/2)td ・・・（８）
を満たすように調整する。
【００２５】
このようにすれば、図４（ａ）において、偶数フィールドにおける面積Ｓe および奇数フィールドにおける面積Ｓo は、それぞれ、
Ｓe ＝tF−(5/32)tr−(5/32)td ・・・（９）
Ｓo ＝(5/32)tr＋(5/32)td ・・・（10）
となるので、コントラストＣont.は、
Ｃont.＝｛16tF−５(tr ＋td) ｝／(16tF) ・・・（11）
となる。したがって、上記（11）式に、tF＝16.67ms(1/60s)として、図１７で説明したtr, tdの値、すなわち、tr＝１ms，td＝５msを当てはめると、
Ｃont.＝0.8875
となり、図８に示す従来の画像表示装置におけるよりも、コントラストを約５３％も向上することができる。
【００２６】
また、このようにＴＮシャッタ２を駆動すれば、同一映像信号が奇数ラインと偶数ラインとに同時に表示されるのを最小限に抑えることができるので、図５に示すように、奇数フィールドでは画素ずらしした奇数ラインに奇数フィールドのＲo ，Ｇo ，Ｂo の映像信号を、偶数フィールドでは元の画素位置である偶数ラインに偶数フィールドのＲe ，Ｇe ，Ｂe の映像信号をそれぞれ有効に表示することができ、ウォブリングによる解像度の向上を十分発揮することができる。
【００２７】
以上のように、この実施形態では、ＴＮシャッタ２をその旋光の応答特性に応じて、フィールドの切り替え時点において第１，第２の偏光の透過率がほぼ５０％となるように、駆動電圧のオン・オフのタイミングおよびデューティ比を制御するようにしたので、コントラストを最大にすることができると共に、解像度を有効に向上することができ、高解像度で、画質の優れた画像を観察することができる。なお、上記実施形態において、ＴＮシャッタ２、複屈折板３およびＴＮシャッタ駆動手段２１は振動手段を構成し、ＴＮシャッタ２、フィールド検出回路２２、遅延信号発生回路２３，２４およびＴＮシャッタ駆動信号発生回路２５は偏光変換制御手段を構成する。さらに、ＴＮシャッタ２は偏光変換素子を構成し、フィールド検出回路２２、遅延信号発生回路２３，２４およびＴＮシャッタ駆動信号発生回路２５は駆動手段を構成する。
【００２８】
図６は、図１に示す画像表示装置を装着した頭部装着型画像表示装置（以下、ＨＭＤと称する）の一例の構成を示すものである。このＨＭＤは、表示装置本体部３１、側頭フレーム３２および頭頂フレーム３３を有し、側頭フレーム３２および頭頂フレーム３３を観察者３４の頭部に装着することにより、表示装置本体部３１を観察者３４の顔面に保持するようにする。また、側頭フレーム３２には、板バネ３５を介してリヤフレーム３６を取り付け、このリヤフレーム３６に観察者３４の耳の位置に対応してスピーカ３７を設ける。
【００２９】
表示装置本体部３１には、観察者３４の左右の眼球に対応して、図７（ａ）または（ｂ）に示すような光学系を設ける。図７（ａ）に示す光学系は、シースルータイプのもので、図１に示すカラーＬＣＤ、ＴＮシャッタおよび複屈折板を有する画像表示装置４１での表示画像を、ハーフミラープリズム４２を透過させて凹面鏡４３で反射させ、さらにハーフミラープリズム４２で反射させて対応する眼球に拡大して導くと共に、外界像を、例えば、液晶シャッタ４４およびハーフミラープリズム４２を経て対応する眼球に導くようにしたものである。また、図７（ｂ）に示す光学系は、図１に示す構成の画像表示装置４１での表示画像を接眼レンズ４６を経て対応する眼球に導くようにしたものである。
【００３０】
表示装置本体部３１は、ケーブル３８を介して、音声信号のレベル等を調整するボリューム等の調整手段４０を有する再生装置３９に接続し、この再生装置３９から所要の映像信号を左右の画像表示装置に供給して表示し、音声信号をスピーカ３７から出力するようにする。
【００３１】
なお、表示装置本体部３１は、ケーブル３８を介して既存のビデオデッキや、ＴＶチューナに接続して、映像を表示するようにすることもできるし、あるいはコンピュータ等に接続してコンピュータグラフィックスの映像や、コンピュータからのメッセージ映像等を表示するようにすることもできる。また、ケーブル３８を用いることなく、表示装置本体部３１にアンテナを設けて、外部からの信号を電波によって受信して表示するようにすることもできる。さらに、左右の画像表示装置に、例えば、視差を有する映像信号を供給して表示させることにより、立体画像を観察するようにすることもできる。
【００３２】
上述したＨＭＤにおいて、画像表示装置を構成するカラーＬＣＤは、例えば、１．３インチと小型であり、その画素数もせいぜい多くて３０万画素である。したがって、このようなカラーＬＣＤを用いて上述したようにしてウォブリングを行うことは、広画角のＨＭＤにおいて、高解像度および高画質を図るうえで極めて有効である。
【００３３】
なお、この発明は、上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、上述した実施形態では、偏光変換素子として、立ち上がり応答時間が立ち下がり応答時間に比べて短いＴＮシャッタを用いたが、逆の特性を有するＴＮシャッタを用いる場合でも、また、ＴＮシャッタ以外の偏光変換素子を用いる場合でも、立ち上がり応答時間と立ち下がり応答時間との差を補正するように、駆動のタイミングおよびデューティ比を制御することにより、コントラストの低下を防止して、解像度を向上することができる。また、１フィールド時間ｔＦは、１／６０ｓ以外でも適用可能であることは言うまでもない。また、表示素子もカラーＬＣＤに限らずモノクロのＬＣＤ、あるいはプラズマディスプレイ、ＥＬ、ホトクロミック等のカラーまたはモノクロの表示素子を用いる場合にもこの発明を有効に適用することができる。さらに、表示素子の画素配列もデルタ配列に限らず、ストライプ配列、モザイク配列等の他の配列のものを用いることができ、その画素配列に応じてブラックマトリックスを補間するようにウォブリングによる画素ずらしを行うことができる。
【００３４】
また、上述した実施形態では、ＴＮシャッタ２がオフで画素ずらしするようにしたが、カラーＬＣＤ１を構成する偏光板の偏光方向を９０°回転させて、ＴＮシャッタ２がオンで画素ずらしを行うようにすることもできる。さらに、温度変化によるＴＮシャッタ２の応答特性の変化に対応するため、ＴＮシャッタ２の近傍の温度を検出し、その検出温度に基づいてＴＮシャッタ２への駆動電圧のオン・オフのタイミングおよびデューティ比を制御するようにすることもできる。このようにすれば、温度変化にかかわらず常に高解像度、かつ高画質で画像を観察することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、偏光変換素子のオン状態およびオフ状態を切り替える駆動信号のタイミングおよびデューティ比を、偏光変換素子の遅延応答特性と偏光変換素子近傍の温度とに基づいて制御するようにしたので、ウォブリングを行う際に、温度変化にかかわらず、コントラストの低下を有効に防止して、常に高解像度化を十分発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態の構成を示す図である。
【図２】図１に示すＴＮシャッタ駆動手段の動作を示す信号波形図である。
【図３】図１に示す実施形態による一つの画素に着目した場合のＴＮシャッタでの第１の偏光の透過率と、駆動電圧のオン・オフのタイミングとを示す図である。
【図４】図３を拡大して示す図である。
【図５】図１に示す実施形態において観察されるカラーＬＣＤの表示面の画素を示す図である。
【図６】図１に示す画像表示装置を装着した頭部装着型画像表示装置の一例の構成を示すものである。
【図７】図６に示す頭部装着型画像表示装置において、観察者の左右の眼球に対応して表示装置本体部に設ける光学系の二つの例を示す図である。
【図８】従来の画像表示装置の構成を示す図である。
【図９】図８に示すカラーＬＣＤの画素配列を示す部分平面図である。
【図１０】図８に示すＴＮシャッタの動作を説明するための図である。
【図１１】同じく、複屈折板の動作を説明するための図である。
【図１２】従来の画像表示装置において画素ずらしを行う場合の偏光の様子を示す図である。
【図１３】図１２に示す画素ずらし状態での観察画素位置を示す図である。
【図１４】従来の画像表示装置において画素ずらしを行わない場合の偏光の様子を示す図である。
【図１５】従来の画像表示装置による奇数フィールドの観察画素位置を示す図である。
【図１６】同じく、偶数フィールドの観察画素位置を示す図である。
【図１７】図８に示すＴＮシャッタの旋光の応答特性を説明するための図である。
【図１８】従来の画像表示装置による一つの画素に着目した場合のＴＮシャッタでの第１の偏光の透過率と、駆動電圧のオン・オフのタイミングとを示す図である。
【図１９】従来の画像表示装置における問題点を説明するための図である。
【図２０】図１８を拡大して示す図である。
【符号の説明】
１ カラーＬＣＤ
１ａ バックライト
１ｂ カラー液晶表示素子
２ ＴＮシャッタ
３ 複屈折板
１１ 画像表示制御回路
２１ ＴＮシャッタ駆動手段
２２ フィールド検出回路
２３，２４ 遅延信号発生回路
２５ ＴＮシャッタ駆動信号発生回路
Claims (11)
- 画像信号に基づいて選択されて光を発生する複数の画素を有する表示素子と、該表示素子からの光の偏光面を制御信号に基づいて選択的に旋光する遅延応答特性を有する偏光変換素子とを有する画像表示装置において、
前記偏光変換素子の応答特性に基づいて前記制御信号を生成する信号発生回路と、
前記偏光変換素子の近傍の温度を検出する温度検出器とを有し、
前記制御信号は前記偏光変換素子のオン状態およびオフ状態を切り替える駆動信号であり、
前記信号発生回路は前記偏光変換素子の遅延応答特性と前記温度検出器で検出した温度とに基づいて前記駆動信号のタイミングおよびデューティ比を制御することを特徴とする画像表示装置。 - 請求項１に記載の画像表示装置において、
前記偏光変換素子はＴＮシャッタを有することを特徴とする画像表示装置。 - 請求項２に記載の画像表示装置において、
さらに複屈折板を有し、前記ＴＮシャッタを前記表示素子と前記複屈折板との間に配置したことを特徴とする画像表示装置。 - 請求項１に記載の画像表示装置において、
前記偏光変換素子は、立ち上がり応答時間と立ち下がり応答時間とが異なるＴＮシャッタからなることを特徴とする画像表示装置。 - 請求項１または４に記載の画像表示装置において、
前記偏光変換素子は、立ち下がり応答時間よりも立ち上がり応答時間が短いＴＮシャッタからなることを特徴とする画像表示装置。 - 請求項１〜５のいずれか一項に記載の画像表示装置において、
前記駆動信号を前記画像表示装置のコントラストが高くなるように制御することを特徴とする画像表示装置。 - 請求項１〜６のいずれか一項に記載の画像表示装置において、
前記画像表示装置は第１の画像フィールドおよび第２の画像フィールドを生成し、
前記偏光変換素子は前記駆動信号に応答して第１の状態および第２の状態に動作可能であり、
前記偏光変換素子の第１の状態および第２の状態において前記表示素子からの光の偏光面が異なることを特徴とする画像表示装置。 - 請求項１〜７のいずれか一項に記載の画像表示装置において、
前記信号発生回路は、前記偏光変換素子が第１の状態および第２の状態に切り替わる時点において、前記画像表示装置からの光の透過率が５０％となるように、前記駆動信号のタイミングおよびデューティ比を制御することを特徴とする画像表示装置。 - 請求項１〜８のいずれか一項に記載の画像表示装置において、
前記画像表示装置は複数の画像フィールドを生成し、
前記偏光変換素子は前記駆動信号に応答して複数の状態に動作可能であり、
前記偏光変換素子の動作状態に基づいて前記表示素子からの光の偏光面が変化することを特徴とする画像表示装置。 - 請求項１〜９のいずれか一項に記載の画像表示装置において、
前記信号発生回路は、前記偏光変換素子の状態間の切り替え時において、前記画像表示装置からの光の透過率が５０％となるように、前記駆動信号のタイミングおよびデューティ比を制御することを特徴とする画像表示装置。 - 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の画像表示装置において、
前記表示素子は、カラーＬＣＤ、モノクロＬＣＤ、プラズマディスプレイ、ＥＬまたはホトクロミックからなることを特徴とする画像表示装置。
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