JPH1020242A

JPH1020242A - 投射型表示装置

Info

Publication number: JPH1020242A
Application number: JP19711396A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Sakasai; 一宏逆井; Tsutomu Hamada; 勉浜田; Kenichi Kobayashi; 健一小林; Keiji Fujimagari; 啓志藤曲
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1996-07-08
Filing date: 1996-07-08
Publication date: 1998-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、１フレームの画像を複数フィールド
に分割して表示させる投射型表示装置に関し、画素数の
少ない光変調素子を用いても光の透過率やコントラスト
を低下させずに簡単な構成で時分割表示を行い、高解像
度で画像を表示できる投射型表示装置を提供することを
目的とする。【解決手段】マイクロレンズアレイ４は、光変調素子３
から投射レンズ８に至る光路上に配置され、光変調素子
３の４画素に対応して１つの凸レンズが形成されてい
る。アクチュエータ５は、マイクロレンズアレイ４を垂
直方向に振動させるアクチュエータ５ａ１、５ａ２と水
平方向に振動させるアクチュエータ５ｂ１、５ｂ２とか
ら構成されている。光変調素子３に供給するフィールド
信号に同期させてアクチュエータ５を駆動させることに
より、マイクロレンズアレイ４に入射する光の光軸に直
交する水平／垂直方向にマイクロレンズアレイ４を移動
又は振動させることができるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光変調素子に表示
された画像を拡大投射して大画面表示を得る投射型表示
装置に関し、特に１フレームの画像を複数フィールドに
分割して表示させる投射型表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の代表的な投射型表示装置の概略の
構成を図９に示す。図９において１は光源、３は光変調
素子、８は投射レンズ、９はスクリーンである。投射型
表示装置の光変調素子３には透過型液晶パネルが用いら
れている。光源１には可視光の領域で比較的均一なスペ
クトルを持つメタルハライドランプまたはハロゲンラン
プなどが用いられている。リフレクタなどで集光された
光源１の光に液晶パネルなどの光変調素子３を用いて画
像信号に応じた光変調を行って画像を形成している。形
成された画像は投射レンズ８でスクリーン９上に拡大投
射されて表示される。

【０００３】投射型表示装置は、投射レンズにより画像
を拡大投射するので他の表示装置と比較して大面積表示
が可能であるが、反面、解像度が低いという問題を有し
ている。投射画像の解像度は光変調素子の画素数とスク
リーンの大きさによって決まる。スクリーン上に高解像
度で表示させるには、光変調素子の画素数を増やす必要
があるが、画素を高密度化すると製造歩留りが低下して
コスト高となる。例えば、ＳＸＧＡ（１２８０×１０２
４）の画素数の光変調素子は、ＶＧＡ（６４０×４８
０）の画素数の光変調素子に比較して１０倍程度の価格
になってしまう。また、１画素当たりの開口率（１画素
に対する光を透過する有効面積の割合）は画素の高密度
化に伴い低下するので所望の明るさの画像を得ることが
困難になる。このように、画素の高密度化と画像の明る
さとは相反する条件であるので、単なる光変調素子の画
素の高密度化では高画質の画像を得ることができない。

【０００４】この問題を解決するために、複数の光変調
素子を用いて投射する方法がある。複数の光変調素子を
用いる方法は、例えば表示装置にＣＲＴ（カソード・レ
イ・チューブ）を用いたマルチビジョンのように複数の
表示ユニットを用いて複数の画像を縦横に並べて表示さ
せる。しかしながらこの方法では複数の表示ユニットを
用いているため、各表示ユニットの接続部において画面
を連続にすることができず境界が目立ってしまうという
問題がある。また、複数の表示ユニットを全く同一の表
示特性で作製するのは困難であるから、表示ユニットご
との明るさにむらができてしまい、表示ユニット間の継
ぎ目が目立ってしまうという問題も有している。

【０００５】この問題を解決するために、複数の表示ユ
ニットを用いて１つの画像を重畳して表示する方法が知
られている。特開平３−１６６５３６号公報に記載され
た投射型表示装置は、原画像の表示データを任意にサン
プリングして分割する画像分配機能部と、複数の表示機
能部と、各表示画像を光学的に合成して原画像を合成表
示する画像合成機能部と、合成像を投射する投射機能部
とを備えている。図１０にその基本構成を示す。図１０
において、８は投射レンズ、１１は複数の光源からなる
光供給部、１２は複数の透過型液晶パネルからなる光変
調素子群、１３は光変調素子群１２によって表示される
画像を合成して投射レンズ８に入射させる光学デバイス
である。例えば４つの透過型液晶パネル１２を用いて重
畳表示を行う場合には、各透過型液晶パネル１２の各画
素の開口率を２５％程度にして水平方向と垂直方向に半
画素ピッチづつずらして投射することにより、４倍の解
像度の画像が得られるようにしている。図１１（ａ）〜
（ｄ）に示すような４つの画像について、図１１（ｂ）
の画像は図１１（ａ）の画像に対して水平方向に半画素
ピッチずらし、図１１（ｃ）の画像は図１１（ａ）の画
像に対して垂直方向に半画素ピッチずらし、図１１
（ｄ）の画像は図１１（ａ）の画像に対して水平方向と
垂直方向に半画素ピッチずらすようにして投射すれば、
図１１（ｅ）に示すような４倍の解像度を持つ画像が得
られる。このように重畳表示を行うことにより複数の表
示ユニットの表示特性の不均一性を目立たなくさせるこ
とができる。しかし、相互に半画素ピッチづつずらして
投射させるための光学系の調整が困難である点と、複数
の表示ユニットを使うので構成が複雑でコストが高くな
るという点で問題を有している。

【０００６】他の高解像度化の手段として、１つの光変
調素子を用いて時分割表示を行う方法がある。時分割表
示は複数のフィールドを時系列で表示させて１フレーム
（１画面）を形成する方法である。例えば、特開平４−
１１３３０８号公報に記載された投射型表示装置は、光
変調素子からスクリーンに至る光路の途中に透過光の偏
光方向を旋回させる素子と、複屈折効果を有する透明素
子を用いて投射画像をシフトする手段と、スクリーン上
で離散的に投射される手段を備えている。図１２に投射
表示装置の基本構成を示す。図１２において、１は光
源、３は表示用液晶パネルからなる光変調素子、１４は
偏光方向制御用液晶パネル、１５は水晶板、８は投射レ
ンズである。複屈折効果を有する透明素子として水晶板
１５が用いられている。この方法では、１フレーム分の
画像データを分割してフレームメモリに格納し、投射画
像をシフトさせる手段と同期させて画像を表示すること
により時分割表示を行っている。さらに、光変調素子の
画像を離散的にする手段を用い、離散化した画像を補間
するように画像を時系列でシフトさせて高解像度の表示
を行っている。

【０００７】画像を離散的にする手段には、画素の一部
を遮光して実効的な開口率を低下させる手段と、１画素
に対応したマイクロレンズを用いて集光する手段とがあ
る。画素の一部を遮光する手段は、例えば、各画素に設
けられているスイッチング素子の配線などの配置を工夫
して光の透過領域を減少させることにより、画素の光透
過領域を離散的にしている。一方、１画素に対応したマ
イクロレンズを用いて集光する手段は、画素から出射し
た光を集光することにより、光量を減少させることなく
実質的に画像を離散化している。

【０００８】投射画像をシフトさせる手段には複屈折効
果が利用されている。光学異方性を有する結晶を用い、
常光と異常光の屈折角の違いにより画像をスクリーン上
でシフトさせるようにする。ここではＴＮ（ねじれネマ
ティック）液晶を用い直線偏光の光を９０度回転させて
複屈折効果を持つ透明素子に対する常光と異常光を切り
替えている。複屈折効果を持つ透明素子に対して垂直に
入射した常光は直進するが、異常光は入射面で所定角度
だけ屈折し、出射面で反対側に同じ角度だけ屈折する。
この効果により、異常光は常光に対して透明素子の厚み
に応じた距離だけシフトすることになる。そこで、画素
ピッチに応じた距離（画素ピッチの１／２）だけシフト
するように透明素子の厚みを設定すれば、離散的に形成
された画像を補間するシフト量を得ることができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記の時分割表示で
は、少なくとも離散的に投射する手段と画像をシフトさ
せる手段としての偏光方向旋回素子及び複屈折効果を有
する透明素子が必要である。偏光方向旋回素子及び複屈
折効果を有する透明素子を１組使用することにより、水
平方向又は垂直方向に２つのフィールドに分割した表示
を行えるが、水平方向又は垂直方向にさらに多くのフィ
ールドに分割して表示させる場合や、水平方向、垂直方
向共に２つのフィールドに分割した表示を行う場合、或
いは水平、垂直方向共にさらに多くのフィールドに分割
して表示させる場合には、偏光方向旋回素子及び複屈折
効果を有する透明素子が複数組必要になってしまい、こ
れら複数の素子構成が複雑になってしまうという問題点
を有している。

【００１０】また、画像を離散的にする手段として画素
の一部を遮光する方法は、従来の液晶パネルに若干の変
更を加えるだけで容易に作製することが可能であるため
構成が複雑になることはないが、画素の一部を遮光して
光の透過領域を減少させるのであるから、画像が従来の
液晶パネルと比較して暗くなってしまう。

【００１１】また、画像をシフトさせる手段として複屈
折効果を利用しているが、複屈折効果を利用するには光
変調素子からの出射光が直線偏光でなければならない。
自然光を直線偏光に変換するには偏光板が必要である
が、光は偏光板で約６０％吸収されてしまい、４０％程
度しか透過されない。さらに、偏光方向の旋回手段とし
て液晶素子を用いているので、当該液晶素子での光の透
過率が問題となる。偏光方向旋回手段の液晶素子は、透
明電極が形成された２枚のガラス基板で液晶を挟んで構
成されている。透明電極の光の透過率は１枚当たり９０
％程度なので、２枚で８０％程度の透過率となる。さら
に、液晶自体及び、ガラス基板、水晶板などの透過率も
考慮すると、偏光方向旋回手段での光の透過率はさらに
低くなり、約６５％程度になってしまう。また、水平方
向と垂直方向ともに高解像度化を行なう場合には、偏光
方向旋回手段と水晶板のセットが２組必要となるため、
さらに光の透過率は低下して約４０％程度になってしま
う。従って自然光を直線偏光に変換する偏光板及び偏光
方向旋回手段を透過する光の透過率は約１５〜２０％程
度となってしまい、高解像度化が可能になる反面、光の
利用効率が極端に低下して暗い画像しか得られない。

【００１２】また、光の旋回手段としてＴＮ液晶を用い
ているが、その応答性が問題となる。ＴＮ液晶は電圧の
オン・オフにより分子の配向方向を切り替えており、そ
の応答性（切替え時間）は数ミリ秒である。時分割表示
を行う場合に１フレーム（１／６０〜１／３０秒）を複
数フィールドで分割すると、１フィールド当たり数〜十
数ミリ秒となるので、ＴＮ液晶を用いた場合は偏光方向
の切り替え時間が１フィールド内の数十％を占めること
になってしまう。結果として画像のコントラストが低下
してしまうという問題が生じる。

【００１３】本発明は、上述の従来の技術が有する問題
を解決するためになされたものであって、その目的は、
画素数の少ない光変調素子を用いても光の透過率やコン
トラストを低下させずに簡単な構成で時分割表示を行
い、高解像度で画像を表示できる投射型表示装置を提供
することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的は、光変調素子
によって表示された画像を投射手段によりスクリーン上
に拡大投射する投射型表示装置において、前記光変調素
子から前記投射手段に至る光路上に、前記スクリーン上
で複数画素毎に画像を分離するように、前記光変調素子
の隣接する複数画素からの出射光をそれぞれの口径内に
含む複数の集光光学素子を隣接配置した集光手段と、前
記集光手段によりスクリーン上で分離された画像を補間
するように、前記スクリーン上での画像の投射領域を変
更して前記光変調素子による表示画像を投射する投射領
域変更手段により、複数のフィールドで１フレームを構
成する時分割表示を行うことを特徴とする投射型表示装
置により達成される。

【００１５】また上記目的は、上述の投射型表示装置に
おける前記集光手段が、前記光変調素子のｉ×ｊ画素に
対応した複数の凸レンズからなるマイクロレンズアレ
イ、或いは前記光変調素子のｉラインに対応した複数の
断面半円形状マイクロレンズからなるレンチキュラーレ
ンズアレイ、或いは前記光変調素子のｉラインに対応し
た複数の断面半円形状マイクロレンズからなる第１のレ
ンチキュラーレンズアレイと前記光変調素子の前記ｉラ
インに直交する前記光変調素子のｊラインに対応した複
数の断面半円形状マイクロレンズからなる第２のレンチ
キュラーレンズアレイであることを特徴とする投射型表
示装置により達成される。

【００１６】また、前記投射手段は、前記光変調素子か
らの光束の面積が前記集光手段により１／（ｉ×ｊ）或
いは１／ｉに集光された面を前記スクリーン上に拡大投
射することを特徴としている。また、前記投射領域変更
手段は、前記光変調素子に供給されるフィールド信号に
同期して、前記集光手段によりスクリーン上で分離され
た画像を補間するように前記光変調素子による表示画像
を投射することを特徴としている。

【００１７】また、前記光変調素子に供給されるフィー
ルド信号に同期した前記集光手段の振動の移動変化量
は、前記光変調素子の画素ピッチの整数倍であることを
特徴としている。また、前記投射領域変更手段は、電磁
アクチュエータ、リニアアクチュエータ、圧電アクチュ
エータ、ステッピングモータなどにより、入射光軸に直
交する面内で前記集光手段又は前記投射手段を機械的に
振動させることを特徴としている。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態による
投射型表示装置を図１乃至図５を用いて説明する。本実
施の形態における投射型表示装置は、表示用液晶ライト
バルブなどの光変調素子の画素数を増やすことなく投射
表示画像を高精細化させるために、スクリーン上で複数
画素ごとに画像を分離する光変調素子の隣接する複数画
素からの出射光をそれぞれの口径内に含む複数の集光光
学素子を隣接配置した集光手段と、集光手段によりスク
リーン上で分離された画像を補間するように光変調素子
による表示画像を投射する投射領域変更手段とにより、
光変調素子からの出射光を離散的に縮小し、離散的にさ
れた間隙部を補間することにより時分割表示を行うこと
を基本としている。本実施の形態による投射型表示装置
では、光源、集光光学部品、２次元状に配列された多数
の画素で構成されている表示用液晶ライトバルブなどの
光変調素子、投射レンズなどの従来の投射型表示装置に
用いられている構成部品に加え、光変調素子から投射手
段に至る光路上に、光変調素子からの出射光を複数画素
ごとに集光し離散的に縮小する集光手段を有し、離散的
に縮小された間隙部を光変調素子に供給するフィールド
信号に同期させて集光手段若しくは投射手段を入射光軸
に直交する面で移動させることにより間隙部画像の補間
をして表示画像の多画素化／高精細化を図っている。さ
らに本実施の形態における投射表示装置においては、光
変調素子からスクリーンに至る光路上に光吸収を伴う光
学系が存在しないため、多画素化／高精細化を行っても
明るい画像が得られる。

【００１９】本実施の形態においては、光変調素子の隣
接する複数画素のそれぞれを４画素とし、当該４画素か
らの出射光を口径内に含む複数の集光光学素子が凸レン
ズである場合について説明する。

【００２０】図１は本実施の形態における投射型表示装
置の基本構成図、図２は本実施の形態において用いられ
るマイクロレンズアレイの斜視図、図３及び図４は本実
施の形態における光変調素子と凸レンズとの位置関係を
示す説明図であり、図３は光変調素子と凸レンズとの位
置関係を示す平面図、図４は光変調素子から投射レンズ
物体面までの光軸に平行な面の図３Ａ−Ａ’での断面図
である。図５は１画面を４つの画像に分割した場合の投
射レンズ物体面での入射光束の位置関係を示したもので
ある。

【００２１】図１において、１は光源、２は光源からの
光を平行光に変換するためのコリメート変換レンズ、３
は２次元状に配列された多数の画素で構成されている光
変調素子、４はマイクロレンズアレイ、５は圧電素子か
らなるアクチュエータ、８は投射レンズ、７は投射レン
ズ８の物体面、９はスクリーンである。マイクロレンズ
アレイ４は、光変調素子３から投射レンズ８に至る光路
上に配置され、光変調素子３の４画素に対応して１つの
凸レンズが形成されている。アクチュエータ５は、マイ
クロレンズアレイ４を垂直方向（紙面上下方向）に振動
させるアクチュエータ５ａ１、５ａ２と水平方向（紙面
法線方向）に振動させるアクチュエータ５ｂ１、５ｂ２
（図示せず）とから構成されている。光変調素子３に供
給するフィールド信号に同期させてアクチュエータ５を
駆動させることにより、マイクロレンズアレイ４に入射
する光の光軸に直交する水平／垂直方向にマイクロレン
ズアレイ４を移動又は振動させることができるようにな
っている。投射レンズ８は、投射レンズ８の物体面７を
スクリーン９上に拡大投射する機能を有している。

【００２２】本実施の形態で用いた光変調素子３は、ｐ
ｏｌｙ‐ＳｉＴＦＴ（多結晶シリコンをチャネル層に用
いた薄膜トランジスタ）を用いたアクティブ・マトリク
ス方式の液晶ライトバルブである。液晶ライトバルブの
液晶材料には偏光板を必要としない液晶高分子複合体
（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＰｏｌｙｍｅｒＣ
ｏｍｐｏｓｉｔｅ）を用いている。光変調素子３の画素
数はｍ×ｎであり、画素ピッチｐは水平、垂直ともに一
般的な値である５０μｍである。

【００２３】図２に示すマイクロレンズアレイ４は、例
えばイオン交換法を用いて形成される。これは、ある種
のイオンを透明なガラス基板の中に拡散させて屈折率の
異なる層を形成しレンズ効果として利用するものであ
る。このマイクロレンズアレイ４は、４つの画素から出
射した光束をできるだけ多く集光するように設計され１
００μｍピッチで形成された多数の凸レンズで構成され
ている。マイクロレンズアレイ４の大きさは光変調素子
３とほぼ同じ大きさで形成できるので、その重量は数グ
ラム程度にすることができる。

【００２４】アクチュエータ５は高歪率圧電セラミック
材料からなる積層型の圧電素子を用いている。アクチュ
エータ５をマイクロレンズアレイ４の側面に接着し、光
変調素子３に供給するフィールド信号に同期させて電圧
を印加することにより、マイクロレンズアレイ４に入射
する光の光軸に直交する水平／垂直方向にマイクロレン
ズアレイ４を移動変化させることができる。

【００２５】本実施の形態におけるマイクロレンズアレ
イ４とアクチュエータ５により画像をシフトさせ高精細
な画像を表示する動作を図３乃至図５を用いて説明す
る。本実施の形態においては１画面（フレーム）を４つ
の画像（フィールド）に分割して表示する。なお、各マ
イクロレンズの実際の平面形状は図２で示したように４
つの画素全体を口径内に含む矩形状であるが、図３及び
図５の平面図においては各マイクロレンズの位置を明確
にするため実線或いは破線の円形状で各マイクロレンズ
を示している。

【００２６】さて、第１のフレームの第１のフィールド
では、光変調素子３の画素とマイクロレンズとの相対位
置は図３（ａ）に示すようになっている。例えばマイク
ロレンズ４ａの中心軸は光変調素子３の画素、、
、の交点の位置にあり、画素、、、からの
出射光は１つのマイクロレンズ４ａにより集光される。
図４に示すように、光変調素子３の画素及びからの
出射光１０１、１０２は、マイクロレンズアレイ４によ
り集光された出射光１０１’、１０２’となり投射レン
ズ８に入射する。このとき、投射レンズ８の物体面７は
光変調素子３からの光が略１／４に集光された位置とす
る。投射レンズ８の物体面７での表示画像は図５（ａ）
に示すように水平／垂直方向にそれぞれ間引かれた状
態、即ち離散的に縮小された状態となる。

【００２７】次に第２のフィールドでは、フィールド信
号に同期して垂直方向に振動するアクチュエータ５ａ
１、５ａ２により、マイクロレンズアレイ４に入射する
光の光軸に直交する面内で垂直方向にマイクロレンズア
レイ４を移動させる。マイクロレンズ４ａの中心軸は光
変調素子３の画素、、、の交点の位置、即ち図
３（ｂ）の位置に移動する。ここで図３（ａ）の位置か
ら図３（ｂ）の位置までのマイクロレンズアレイ４の移
動量は光変調素子３の画素ピッチｐと同じ５０μｍであ
る。このとき、図４に示すように光変調素子３の画素
及びからの出射光１０１、１０２は、マイクロレンズ
アレイ４により集光されて出射光１０１”、１０２”と
なり投射レンズ８に入射する。投射レンズ８の物体面７
では図５（ｂ）の位置に集光されており、マイクロレン
ズアレイ４により第１のフィールドで離散的に縮小され
た垂直方向の間隙部が第２のフィールドで補間されたこ
とになる。

【００２８】次に第３のフィールドでは、フィールド信
号に同期して水平方向に振動するアクチュエータ５ｂ
１、５ｂ２によりマイクロレンズアレイ４に入射する光
の光軸に直交する面内で水平方向にマイクロレンズアレ
イ４を移動させる。マイクロレンズ４ａの中心軸は光変
調素子３の画素、、、の交点の位置、即ち図３
（ｃ）の位置に移動する。ここで図３（ｂ）の位置から
図３（ｃ）の位置までのマイクロレンズアレイ４の移動
量は光変調素子３の画素ピッチｐと同じ５０μｍであ
る。この結果、光変調素子３からの出射光は、投射レン
ズの物体面７で図５（ｃ）の位置に集光されており、マ
イクロレンズアレイ４により第２のフィールドで離散的
に縮小された水平方向の間隙部を第３のフィールドで補
間したことになる。

【００２９】次に第４のフィールドでは、フィールド信
号に同期して垂直方向に振動するアクチュエータ５ａ
１、５ａ２によりマイクロレンズアレイ４に入射する光
の光軸に直交する面内で垂直方向にマイクロレンズアレ
イ４を移動させる。マイクロレンズ４ａの中心軸は光変
調素子３の画素、、、の交点の位置、即ち図３
（ｄ）の位置に移動する。ここで図３（ｃ）の位置から
図３（ｄ）の位置までのマイクロレンズアレイ４の移動
量は光変調素子３の画素ピッチｐと同じ５０μｍであ
る。この結果、光変調素子３からの出射光は、投射レン
ズ８の物体面７で図５（ｄ）の位置に集光されており、
マイクロレンズアレイ４により第３のフイールドで離散
的に縮小された垂直方向の間隙部、即ち第１のフイール
ドで離散的に縮小された水平方向の間隙部を第４のフイ
ールドで補間したことになる。

【００３０】以上の第１、第２、第３及び第４のフィー
ルドによって、１フレーム全ての画像情報が図５（ｅ）
に示すように投射レンズ８の物体面７即ちスクリーン９
で形成され、精細度の低い光変調素子３を用いて精細度
の高い表示が実現できる。

【００３１】次に第２のフレームの第１のフィールドで
は、フィールド信号に同期して水平方向に振動するアク
チュエータ５ｂ１、５ｂ２によりマイクロレンズアレイ
４に入射する光の光軸に直交する面内で水平方向にマイ
クロレンズアレイ４を移動させる。マイクロレンズ４ａ
の中心軸は光変調素子３の画素、、、の交点の
位置即ち図３（ａ）の位置に移動する。ここで図３
（ｄ）の位置から図３（ａ）の位置までのマイクロレン
ズアレイ４の移動量は光変調素子３の画素ピッチｐと同
じ５０μｍである。この結果、光変調素子３からの出射
光は、投射レンズ８の物体面７で図５（ａ）の位置に集
光され、第１のフレームの第１のフィールドと同じ位置
に戻る。以下第１のフレームと同様に離散的に縮小され
た水平／垂直方向の間隙部を補間することにより、（ｍ
×ｎ）画素を持つ光変調素子３を用いて４×（ｍ×ｎ）
画素を持った高精細度の表示が実現される。

【００３２】ここでは隣接する４つの画素を時分割で表
示することになるが、通常のテレビジョン画像の１フレ
ーム期間（１／３０ｍｓｅｃ）程度の短時間内に４つの
フィールド画像を表示すれば人間の目の残像効果により
１枚の高精細な画像として見ることができる。

【００３３】従来の投射型表示装置では光変調素子３の
画素数で決まる解像度でしかスクリーン９上に表示する
ことができなかったが、本実施の形態によれば水平／垂
直解像度を光変調素子３の画素数で決まる解像度のそれ
ぞれ２倍の解像度で表示することが可能となる。画像を
離散的にする手段としてマイクロレンズアレイ４を用い
ているため、光変調素子３からの出射光を遮光させる手
段のように光の利用効率を落とすことはない。また、間
隙部の補間をアクチュエータ５による機械的な振動によ
り行わせているので、偏光板や画像をシフトさせるため
の偏光方向を旋回させる液晶パネル等の光吸収を伴う光
学系が光変調素子３から投射レンズ８に至る光路上に存
在しないため、光の利用効率を低下させずに明るく高精
細な画像を表示できるようになる。

【００３４】本実施の形態において、光変調素子３の４
画素（２×２画素）に対応した複数のマイクロレンズか
らなるマイクロレンズアレイ４を用いて４つのフィール
ドで１フレームを形成するような構成としたが、９画素
（３×３画素）や１６画素（４×４画素）、或いは６画
素（２×３画素）や１２画素（３×４画素）など（ｉ×
ｊ）画素に対応した複数のマイクロレンズからなるマイ
クロレンズアレイ４を用いて（ｉ×ｊ）フィールドで１
フレームを形成する構成としてもよい。このとき、アク
チュエータ５によるマイクロレンズアレイ４の１つのフ
ィールド信号に対する水平／垂直方向の移動量Ｌｈ、Ｌ
ｖは、複数画素に対応するマイクロレンズの水平方向に
対応する画素数をｉ、垂直方向に対応する画素数をｊと
し、水平方向の画素ピッチをｐｈ、垂直方向の画素ピッ
チをｐｖとしたとき、画素ピッチｐｈ、ｐｖの整数倍でｐｈ≦Ｌｈ≦（ｉ−１）×ｐｈｐｖ≦Ｌｖ≦（ｊ−１）×ｐｖの範囲にある。

【００３５】また、本実施の形態において、アクチュエ
ータ５は高歪率圧電セラミック材料からなる積層型の圧
電素子を用いたが、光変調素子３に供給するフィールド
信号の周波数に同期させてマイクロレンズアレイ４に入
射する光の光軸に直交する面内でマイクロレンズアレイ
４を光変調素子３の画素ピッチｐの整数倍移動変化させ
ることができる手段であればよい。光変調素子３に供給
するフィールド信号の周波数は数１０Ｈｚ〜数１００Ｈ
ｚであるから、アクチュエータ５には電磁アクチュエー
タ、リニアアクチュエータ、ステッピングモータなどを
用いることもできる。

【００３６】また、マイクロレンズアレイ４を振動させ
る代わりに投射レンズ８を移動変化させても同様の効果
を得ることができる。この場合は１つの画面（フレー
ム）を複数の画像（フィールド）に分割した際の各画像
におけるスクリーン９上での画素位置が、集光手段を移
動変化させた場合と異なる。投射レンズ８のどのレンズ
を移動変化させても同一の効果が得られるが、最軽量の
レンズを移動変化させることが望ましく、一般的には後
玉のレンズを移動変化させることが好ましい。

【００３７】本実施の形態では複数画素に対応したマイ
クロレンズアレイ４を移動変化させたが、光変調素子の
隣接する複数画素からの出射光をそれぞれの口径内に含
む複数の集光光学素子を隣接配置した集光手段と、集光
手段により離散的にされた投射画像を補間するように投
射領域を変更する手段があればよいので、例えば文献
（佐藤進；液晶を利用した焦点可変レンズ，光技術コン
タクト，Ｖｏｌ３２，Ｎｏ．１１，ｐ．２４〜ｐ．２
８，１９９４）に開示されているような液晶レンズを利
用し、フィールド信号に同期させて選択的に電圧を印加
してレンズの形成位置を変化させるようにしてもよい。

【００３８】次に、本発明の第２の実施の形態による投
射型表示装置を図６乃至図８を用いて説明する。本実施
の形態では、光変調素子の隣接する複数画素からの出射
光をそれぞれの口径内に含む複数の集光光学素子を２画
素列に対応するレンチキュラーレンズとした点に特徴を
有しており、他の基本的構成は第１の実施の形態と同様
である。

【００３９】図６は本実施の形態における光変調素子３
とレンチキュラーレンズアレイと投射レンズ８の物体面
７との位置関係を示した斜視図である。図７は１画面を
２つの画像に分割したときの投射レンズ物体面７での入
射光束の位置関係を示している。図６において６はレン
チキュラーレンズアレイである。図１と同一の構成部材
には同一番号を付している。

【００４０】以下、本実施の形態において上記レンチキ
ュラーレンズアレイ６と、アクチュエータ５ｂ１、５ｂ
２により画像をシフトさせ高精細な画像を表示する動作
を図６及び図７を用いて説明する。本実施の形態におい
ては１画面（１フレーム）を２つの画像（２フィール
ド）に分割して表示する。

【００４１】第１のフィールドでは光変調素子３とレン
チキュラーレンズアレイ６との相対位置は図６（ａ）の
位置にあり、光変調素子３の隣接する２列からの出射光
２０１、２１１及び２０２、２１２は中心軸を同一とす
るレンチキュラーレンズにより出射光２０１’、２１
１’及び２０２’、２１２’のように集光され投射レン
ズ８に入射する。投射レンズ８の物体面７は、光変調素
子３からの光が水平方向に１／２に集光される位置に設
けられている。従って投射レンズの物体面７での表示画
像は図７（ａ）のように水平方向に間引かれた状態、即
ち離散的に縮小された状態となる。

【００４２】次に第２のフィールドでは、フィールド信
号に同期して振動するアクチュエータ５ｂ１、５ｂ２に
よりレンチキュラーレンズアレイ６に入射する光の光軸
に直交する面内で水平方向にレンチキュラーレンズアレ
イ６を移動させて図６（ｂ）に示す位置に移動させる。
ここで図６（ａ）の位置から図６（ｂ）の位置までのレ
ンチキュラーレンズアレイ６の移動量は光変調素子３の
画素ピッチｐと同じ５０μｍである。このとき光変調素
子３の隣接する２列からの出射光２０１、２１１及び２
０２、２１２はそれぞれ中心軸を異にする別のレンチキ
ュラーレンズにより出射光２０１”、２１１”及び２０
２”、２１２”のように集光され投射レンズ８に入射す
る。投射レンズの物体面７では図７（ｂ）の位置に集光
されており、レンチキュラーレンズアレイ６により離散
的に縮小された水平方向の間隙部を第２のフィールドで
補間したことになる。

【００４３】上記第１及び第２のフィールドにより、１
フレーム全ての画像情報が、図７（ｃ）に示すように投
射レンズの物体面７即ちスクリーン９上で形成され、精
細度の低い光変調素子３を用いて精細度の高い表示が実
現できる。

【００４４】次に第２のフレームの第１のフィールドで
は、フィールド信号に同期して振動するアクチュエータ
５ｂ１、５ｂ２によりレンチキュラーレンズアレイ６に
入射する光の光軸に直交する面内で水平方向にレンチキ
ュラーレンズアレイ６を移動させて図６（ａ）の位置に
移動させる。ここで図６（ｂ）の位置から図６（ａ）の
位置までのレンチキュラーレンズアレイ６の移動量は光
変調素子３の画素ピッチｐと同じ５０μｍである。この
結果、光変調素子３からの出射光は、投射レンズの物体
面７で図７（ａ）の位置に集光され、第１のフレームの
第１のフィールドと同じ位置に戻る。以下、第１のフレ
ームと同様に離散的に縮小された水平方向の間隙部を補
間し、精細度の高い表示を実現する。

【００４５】従来の投射表示装置では光変調素子３の画
素数で決まる解像度でしかスクリーン９上に表示するこ
とができなかったが、本実施の形態の投射型表示装置に
よると水平解像度を光変調素子３の画素数で決まる解像
度の２倍の解像度で表示することができるようになる。
画像を離散的にする手段としてレンチキュラーレンズア
レイ６を用いているので、光変調素子３からの出射光を
遮光させる手段のように光の利用効率を低下させること
はなく、また、間隙部の補間をアクチュエータ５による
機械的な振動で行うようにしているので、偏光板や画像
をシフトするための液晶パネル等の光吸収を伴う光学系
を光変調素子３から投射レンズ８に至る光路上に配置し
なくて済み、光の利用効率を低下させずに明るく高精細
な画像を表示することが可能となる。

【００４６】本実施の形態では、光変調素子３の２画素
列に対応した複数のレンチキュラーレンズからなるレン
チキュラーレンズアレイ６を用いて２つのフィールドで
１フレームを形成するような構成としたが、３画素列や
４画素列などｉ画素列に対応した複数のレンチキュラー
レンズからなるレンチキュラーレンズアレイ６を用いて
ｉフィールドで１フレームを形成する構成としてもよ
い。このとき、アクチュエータ５によるレンチキュラー
レンズアレイ６の１つのフィールド信号に対する水平方
向の移動量Ｌｈは、水平方向の画素ピッチをｐｈとした
とき、画素ピッチｐｈの整数倍でｐｈ≦Ｌｈ≦（ｉ−１）×ｐｈの範囲にある。

【００４７】また、本実施の形態において、アクチュエ
ータ５は高歪率圧電セラミック材料からなる積層型の圧
電素子を用いたが、光変調素子３に供給するフィールド
信号の周波数に同期させてレンチキュラーレンズアレイ
６に入射する光の光軸に直交する面内でレンチキュラー
レンズアレイ６を光変調素子３の画素ピッチｐの整数倍
移動変化させることができる手段であればよい。従っ
て、光変調素子３に供給するフィールド信号の周波数が
数１０Ｈｚ〜数１００Ｈｚであるから、アクチュエータ
５には電磁アクチュエータ、リニアアクチュエータ、ス
テッピングモータなどを用いることができる。

【００４８】本実施の形態においても、レンチキュラー
レンズアレイ６の移動の代わりに投射レンズ８を移動さ
せても同一の効果が得られるが、１つの画面（フレー
ム）を複数の画像（フィールド）に分割したときの各画
像におけるスクリーン上での画素位置が、集光手段若し
くは光変調素子３を移動変化させた場合と異なる。この
とき投射レンズ８を構成するレンズ群の何れを移動変化
させてもよいが、最軽量のレンズを移動変化させるのが
望ましいので、一般的には後玉のレンズを移動変化させ
るようにする。

【００４９】また、本実施の形態において、レンチキュ
ラーレンズアレイ６を水平方向に振動させ高精細な画像
を得るようにしたが、レンチキュラーレンズの形状を変
えて垂直方向に高精細な画像を得るようにしてもかまわ
ない。さらに、このレンチキュラーレンズアレイ６と振
動手段を２組用いて水平及び垂直方向に解像度を高める
ことも可能である。

【００５０】レンチキュラーレンズアレイ６と振動手段
を２組用いた場合の光変調素子３とレンチキュラーレン
ズアレイと投射レンズの物体面７との位置関係を示す斜
視図を図８に示す。図８において、６ａは水平方向に集
光する第１のレンチキュラーレンズアレイ、６ｂは垂直
方向に集光する第２のレンチキュラーレンズアレイであ
る。ここでは、それぞれ２画素列に対応したレンチキュ
ラーレンズを持つレンチキュラーレンズアレイとしてい
る。第１及び第２のレンチキュラーレンズアレイ６ａ、
６ｂは投射レンズの物体面７において、光変調素子３か
らの出射光を水平／垂直方向にそれぞれ１／２に集光さ
せるような焦点を持っている。その結果、投射レンズの
物体面７では、第１の実施の形態と同様に隣接する４画
素を単位として水平／垂直方向にそれぞれ間引かれた状
態、即ち離散的に縮小された状態が得られる。第１及び
第２のレンチキュラーレンズアレイ６ａ、６ｂをフィー
ルド信号に同期させて、それぞれ第１及び第２のレンチ
キュラーレンズアレイ６ａ、６ｂに入射する光の光軸に
直交する面で、アクチュエータ５ｂ１、５ｂ２、及び５
ａ１、５ａ２、により水平／垂直方向に移動させること
により第１の実施の形態と同様の効果が得られる。

【００５１】集光手段として第１の実施の形態で使用し
たマイクロレンズアレイに対し、本実施の形態で使用し
たレンチキュラーレンズアレイでは、部品点数が増える
が、画素の形状を有効に使うという点で有利であり、光
の利用効率を落とすことなく高精細な画像を表示するこ
とが可能である。

【００５２】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、光変調素
子から投射手段に至る光路上にスクリーン上で複数画素
ごとに画像を分離する光変調素子の隣接する複数画素か
らの出射光をそれぞれの口径内に含む複数の集光光学素
子を隣接配置した集光手段と、集光手段によりスクリー
ン上で分離された画像を補間するように光変調素子によ
る表示画像を投射する投射領域変更手段により、画像を
離散的にし、間隙部を補間するように時分割表示を行う
ので、光変調素子の画素数を増やすことなく投射表示画
像の高精細化が可能である。

【００５３】また、本発明においては、画像を離散的に
する手段としてマイクロレンズアレイやレンチキュラー
レンズアレイ等の集光手段を用いているため、光変調素
子からの出射光を遮光させる手段のように光の利用効率
を低下させることはなく、また、アクチュエータによる
機械的な振動で間隙部の補間をしているので、光変調素
子から投射手段に至る光路上に、偏光板や画像をシフト
するための偏光方向を旋回させる液晶パネル等の光吸収
を伴う光学系を配置する必要はなく、光の利用効率を低
下させずに明るく高精細な画像を表示することが可能と
なる。

【００５４】また振動手段である圧電素子等のアクチュ
エータは、数μｍ〜数１０μｍの振動振幅、及び数１０
Ｈｚ〜数１００Ｈｚの低い振動周波数で動作するので、
集光手段の移動の切り替え時間を１ミリ秒以下にするこ
とができる。このように十分な応答性を有しているので
画像のコントラストの低下は生じない。

【００５５】さらに本発明で使用する光学部品は、ガラ
ス基板上に作成されたマイクロレンズアレイ或いはレン
チキュラーレンズアレイ、及び圧電素子等のアクチュエ
ータといった簡単な構造で且つ光変調素子と同等の大き
さ（数ｃｍ程度）であるから、本発明の投射型表示装置
を従来の表示装置とほぼ同じ大きさにすることができ
る。さらに、より高精細な画像表示を行わせるために画
面の分割数を増やした場合でも、水晶板とＴＮ液晶パネ
ルを用いた従来の表示装置のように画面分割数に応じて
部品点数が増えるようなことはなく、装置の大きさは従
来の装置とほぼ同じにすることができる。また本発明で
新たに使用する光学部品は高精度で且つ安価に製造でき
るので、装置のコストも従来と殆ど変わることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による投射型表示装
置の基本構成図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態による投射型表示装
置のマイクロレンズアレイの斜視図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態による投射型表示装
置の光変調素子と凸レンズとの位置関係を示す平面図で
ある。

【図４】本発明の第１の実施の形態による投射型表示装
置の光変調素子から投射レンズ物体面までの光軸に平行
な面の図３Ａ−Ａ’断面での断面図である。

【図５】本発明の第１の実施の形態による投射型表示装
置の１画面を４つの画像に分割したときの投射レンズ物
体面での入射光束の位置関係を示す平面図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態による投射型表示装
置の光変調素子とレンチキュラーレンズアレイと投射レ
ンズの物体面との位置関係を示した斜視図である。

【図７】本発明の第２の実施の形態による投射型表示装
置の１画面を２つの画像に分割したときの投射レンズ物
体面での入射光束の位置関係を示す平面図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態による投射型表示装
置の光変調素子と第１のレンチキュラーレンズアレイと
第２のレンチキュラーレンズアレイと投射レンズの物体
面との位置関係を示した斜視図である。

【図９】従来の投射型表示装置の構成を示す説明図であ
る。

【図１０】従来の投射型表示装置の構成を示す説明図で
ある。

【図１１】従来の投射型表示装置により投射された画像
の構成を示す説明図である。

【図１２】従来の投射型表示装置の構成を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１光源２コリメート変換レンズ３光変調素子４マイクロレンズアレイ５アクチュエータ６レンチキュラーレンズアレイ７投射レンズ８の物体面８投射レンズ９スクリーン

フロントページの続き (72)発明者藤曲啓志神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーンテクなかい富士ゼロックス株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の画素を有する光変調素子で表示され
る画像を投射手段によりスクリーン上に拡大投射する投
射型表示装置において、前記光変調素子から前記投射手段に至る光路上に位置
し、前記スクリーン上の画像が複数画素毎に分離される
ように、前記光変調素子の複数の画素のうち隣接する所
定数の画素からの出射光をそれぞれの口径内に含む複数
の集光光学素子を隣接配置した集光手段と、前記集光手段により前記スクリーン上で分離された画像
を補間するように、前記スクリーン上の画像投射領域を
変更して前記光変調素子で表示される画像を投射させる
投射領域変更手段とを備え、複数のフィールドで１フレームを構成する時分割表示を
行うことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】請求項１記載の投射型表示装置において、前記集光手段は、前記光変調素子の複数の画素のうち隣
接する（ｉ×ｊ）画素からの出射光をそれぞれの口径内
に含む複数の凸レンズを有するマイクロレンズアレイで
あることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項３】請求項１記載の投射型表示装置において、前記集光手段は、前記光変調素子の複数の画素のうち隣
接するｉラインの画素からの出射光をそれぞれの口径内
に含む複数の断面半円形状マイクロレンズを有するレン
チキュラーレンズアレイであることを特徴とする投射型
表示装置。
【請求項４】請求項１記載の投射型表示装置において、前記集光手段は、前記光変調素子の複数の画素のうち隣
接するｉラインの画素からの出射光をそれぞれの口径内
に含む複数の断面半円形状マイクロレンズを有する第１
のレンチキュラーレンズアレイと、前記ｉラインに直交するｊラインの画素からの出射光を
それぞれの口径内に含む複数の断面半円形状マイクロレ
ンズを有する第２のレンチキュラーレンズアレイとで構
成されていることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項５】請求項２記載の投射型表示装置において、前記投射手段は、前記光変調素子からの光束の面積が前
記マイクロレンズアレイにより１／（ｉ×ｊ）に集光さ
れた面を前記スクリーン上に拡大投射することを特徴と
する投射型表示装置。
【請求項６】請求項３記載の投射型表示装置において、前記投射手段は、前記光変調素子からの光束の面積が前
記レンチキュラーレンズアレイにより１／ｉに集光され
た面を前記スクリーン上に拡大投射することを特徴とす
る投射型表示装置。
【請求項７】請求項４記載の投射型表示装置において、前記投射手段は、前記光変調素子からの光束の面積が前
記第１のレンチキュラーレンズアレイ及び前記第２のレ
ンチキュラーレンズアレイにより１／（ｉ×ｊ）に集光
された面を前記スクリーン上に拡大投射することを特徴
とする投射型表示装置。
【請求項８】請求項１記載の投射型表示装置において、前記投射領域変更手段は、前記集光手段により前記スク
リーン上で分離された画像を補間するように、前記光変
調素子に供給されるフィールド信号に同期して前記スク
リーン上の画像投射領域を変更して前記光変調素子で表
示される画像を投射させることを特徴とする投射型表示
装置。
【請求項９】請求項１記載の投射型表示装置において、前記投射領域変更手段は、前記集光手段に入射する光の
光軸に直交する面内で前記集光手段を振動させることを
特徴とする投射型表示装置。
【請求項１０】請求項９記載の投射型表示装置におい
て、前記光変調素子に供給されるフィールド信号に同期した
前記投影領域変更手段による前記集光手段の振動の移動
変化量は、前記光変調素子の画素ピッチの整数倍である
ことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１１】請求項１記載の投射型表示装置におい
て、前記投射領域変更手段は、前記投射手段の光軸に直交す
る面内で前記投射手段を振動させることを特徴とする投
射型表示装置。
【請求項１２】請求項２記載の投射型表示装置におい
て、前記投射領域変更手段は、前記マイクロレンズアレイに
入射する光の光軸に直交する面内で前記マイクロレンズ
アレイを振動させることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１３】請求項３記載の投射型表示装置におい
て、前記投射領域変更手段は、前記レンチキュラーレンズア
レイに入射する光の光軸に直交する面内で前記レンチキ
ュラーレンズアレイを振動させることを特徴とする投射
型表示装置。
【請求項１４】請求項４記載の投射型表示装置におい
て、前記投射領域変更手段は、前記第１のレンチキュラーレ
ンズアレイに入射する光の光軸に直交する面内で前記第
１のレンチキュラーレンズアレイと前記第２のレンチキ
ュラーレンズアレイをそれぞれ直交する方向に振動させ
ることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１５】請求項９乃至１４のいずれかに記載の投
射型表示装置において、前記投射領域変更手段は、前記集光手段又は前記投射手
段を機械的に振動させることを特徴とする投射型表示装
置。