JPH1055026A - 投射型カラー表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】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カラー表示装置に関
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高解像度で画像を表示でき
る投射型カラー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７は、色合成手段６
から投射レンズ９に至る光路上に配置され、色合成手段
６で合成された画像の４画素に対応して１つの凸レンズ
が形成されている。光変調素子５ａ〜５ｃ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８を駆動させ
ることにより、マイクロレンズアレイ７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
７を移動又は振動させることができるようように構成す
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カラ
ー表示装置に関し、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カラー表示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図１３は、従来の代表的な投射型カラー
表示装置の概略の構成を示している。図１３において１
は光源、３は色分離手段、４はミラー、５は光変調素
子、６は色合成手段、９は投射レンズ、１１はスクリー
ンである。３つの光変調素子５は透過型液晶パネルであ
る。光源１には、可視光領域で比較的均一なスペクトル
分布が得られる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からの光は、ダイクロイックミラーまたはダイ
クロイックプリズムからなる色分離手段３によって、Ｒ
（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の三原色に分離される。三
原色に分離された光は、３つの透過型液晶パネルからな
る光変調素子５に入射し、それぞれの画像信号に応じた
光変調が行われる。光変調素子５で変調された各光は、
ダイクロイックミラーまたはダイクロイックプリズムか
らなる色合成手段６により１つの画像に合成される。合
成された画像は投射レンズ９で拡大されてスクリーン１
１に投射される。

【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１４にその基本構成を示す。図１４
において、９は投射レンズ、１２は複数の光源からなる
光供給部、１３は複数の透過型液晶パネルからなる光変
調素子群、１４は光変調素子群１３によって表示される
画像を合成して投射レンズ９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１３を用いて重
畳表示を行う場合には、各透過型液晶パネル１３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
画素ピッチず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１５（ａ）〜
（ｄ）に示すような４つの画像について、図１５（ｂ）
の画像は図１５（ａ）の画像に対して水平方向に半画素
ピッチずらし、図１５（ｃ）の画像は図１５（ａ）の画
像に対して垂直方向に半画素ピッチずらし、図１５
（ｄ）の画像は図１５（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１５（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ずつずらして
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１６に投射
表示装置の基本構成を示す。図１６において、１は光
源、５は表示用液晶パネルからなる光変調素子、１５は
偏光方向制御用液晶パネル、１６は水晶板、９は投射レ
ンズ、１１はスクリーンである。複屈折効果を有する透
明素子として水晶板１６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相違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（切り替え時間）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】また、上述の先行文献には記載されていな
いが、３枚の液晶パネルを用いてカラー表示を行う場合
には、それぞれのパネル毎に偏光方向旋回素子及び複屈
折効果を有する透明素子を配置する必要があり構成が複
雑になってしまうという問題点を有している。色合成手
段による画像合成後に１つの偏光方向旋回素子及び複屈
折効果を有する透明素子を配置するという方法もある
が、その場合には、離散的投射手段として液晶パネル上
にマイクロレンズを形成することが困難になり、離散的
投射手段での光の利用効率が低下してしまう。

【００１４】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カラー表示装置
を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的は、光源からの
光を複数の色の光に分離する色分離手段と、分離された
複数の色の光をそれぞれ変調する複数の画素を有する複
数の光変調素子と、変調された複数の色の光を合成する
色合成手段と、複数の光変調素子で表示されたカラー画
像をスクリーン上に拡大投射する投射手段とを有する投
射型カラー表示装置において、スクリーン上の画像が複
数画素毎に分離されるように、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、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、スクリーン上の画像投射領域を変更し
て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カラー表
示装置によって達成される。

【００１６】また、上記目的は、上記投射型カラー表示
装置において、集光手段及び投射領域変更手段は、色合
成手段から投射手段に至る光路上に位置していることを
特徴とする投射型カラー表示装置によって達成される。

【００１７】さらに、上記目的は、上記投射型カラー表
示装置において、集光手段及び投射領域変更手段は、各
光変調素子毎に設けられ、各光変調素子から色合成手段
に至る光路上にそれぞれ位置していることを特徴とする
投射型カラー表示装置によって達成される。

【００１８】上述の投射型カラー表示装置の集光手段
は、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、或いは、光変調素
子の複数の画素のうち隣接するｉラインに対応した断面
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、また或いは、光変調素子の複数の画素のうち隣
接するｉラインに対応した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、ｉライ
ンに直交するｊラインに対応した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。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態による
投射型カラー表示装置を図１乃至図６を用いて説明す
る。本実施の形態による投射型カラー表示装置は、色分
離手段によって分離された光を複数の光変調素子を用い
て変調し、合成してカラー画像を形成する場合に、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の高精細化をすることができる点
に特徴を有している。スクリーン上で複数画素ごとに画
像を離散的に分離する手段として、光変調素子の隣接す
る複数画素からの出射光または色合成手段により合成さ
れた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マイクロレンズアレイを用い、マイ
クロレンズアレイ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、各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
の形態における投射型カラー表示装置は、光源、集光光
学部品、色分離合成光学部品、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、投射レンズなどの通常の投射型カラー表
示装置が備えている構成部品に加え、光変調素子からス
クリーンに至る光路上に、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マイクロレンズア
レイと、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マイクロレンズアレイ
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多画素化／高精細化
を図る投射領域変更手段とを備えている点に特徴を有し
ている。

【００２０】本実施の形態においては、色合成手段によ
り合成された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。

【００２１】図１は本実施の形態における投射型カラー
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は色合成
手段による３つの光変調素子からの光の合成を示す説明
図、図４及び図５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４は光変
調素子と凸レンズとの位置関係を示す平面図、図５は光
変調素子から投射レンズの物体面までの光軸に平行な面
の図４Ａ−Ａ’線での断面図である。図６は１画面を４
つの画像に分割した場合の投射レンズの物体面での入射
光束の位置関係を示したものである。

【００２２】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
はダイクロイックプリズムからなる色分離手段、４はミ
ラー、５ａ〜５ｃ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、６はダイクロイックプリズ
ムからなる色合成手段、７はマイクロレンズアレイ、８
は圧電素子からなるアクチュエータ、９は投射レンズ、
１０は投射レンズの物体面、１１はスクリーンである。
マイクロレンズアレイ７は、色合成手段６から投射レン
ズ９に至る光路上に配置され、光変調素子５ａ〜５ｃで
変調され、色合成手段６で合成された画像の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８は、マイクロレンズアレイ７を垂直方向（紙面上下
方向）に振動させるアクチュエータ８ａ１１、８ａ１２
と水平方向（紙面法線方向）に振動させるアクチュエー
タ８ａ２１、８ａ２２（図示せず）とから構成されてい
る。光変調素子５ａ〜５ｃ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８を駆動させることにより、
マイクロレンズアレイ７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７を移動又は振
動させることができるようになっている。

【００２３】本実施の形態で用いた光変調素子５ａ〜５
ｃは、ｐｏｌｙ‐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（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｐｏｌｙｍｅ
ｒ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）を用いている。各光変調素子
５ａ〜５ｃ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。光変
調素子５ａ〜５ｃは、対応する画素がスクリーン１１上
で重なるように配置されている。

【００２４】図２に示すマイクロレンズアレイ７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７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、
１００μｍ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７の大きさは光変調素
子５ａ〜５ｃとほぼ同じ大きさで形成できるので数グラ
ム程度の重量にすることができる。

【００２５】アクチュエータ８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８をマイクロレンズアレイ７の側面に接着し、光
変調素子５ａ〜５ｃ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
７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７を移動変化させることができる。

【００２６】さて、図１において、光源から出射された
光はコリメート変換手段２によりコリメート変換され、
色分離手段３でＲＧＢの３色に分離される。３色に分離
された光は、３つの光変調素子５ａ〜５ｃに入射し、そ
れぞれの画像信号に応じた光変調が行われる。光変調素
子５ａは緑（Ｇｒｅｅｎ）の光、光変調素子５ｂは赤
（Ｒｅｄ）の光、光変調素子５ｃは青（Ｂｌｕｅ）の光
の変調を行っている。それぞれの光変調素子５ａ〜５ｃ
で変調された光は、色合成手段６で合成され１つの画像
を形成する。図３を用いて色合成について説明する。光
変調素子５ａには色分離手段３で色分離された光のうち
Ｇｒｅｅｎの光が入射する。入射したＧｒｅｅｎの光は
光変調素子５ａによって変調される。光変調素子５ａの
画素Ｇ３から出射した光は、色合成手段６を透過しその
まま直進する。光変調素子５ｂには色分離手段３で色分
離された光のうちＲｅｄの光が入射する。入射したＲｅ
ｄの光は光変調素子５ｂによって変調される。光変調素
子５ｂの画素Ｒ３から出射した光は、色合成手段６のＲ
ｅｄ光を反射する反射面６ａにより反射され、光変調素
子５ａの画素Ｇ３から出射した光と合成される。このと
き、光変調素子５ａの画素列Ｇ１〜Ｇ４と光変調素子５
ｂの画素列Ｒ１〜Ｒ４は対応する画素が鏡像関係にあ
る。光変調素子５ｃには色分離手段３で色分離された光
のうちＢｌｕｅの光が入射する。入射したＢｌｕｅの光
は光変調素子５ｃによって変調される。光変調素子５ｃ
の画素Ｂ３から出射した光は、色合成手段６のＢｌｕｅ
光を反射する反射面６ｂにより反射され、光変調素子５
ａの画素Ｇ３から出射した光及び光変調素子５ｂの画素
Ｒ３から出射した光と合成される。光変調素子５ｃの画
素列Ｂ１〜Ｂ４は光変調素子５ｂの画素列Ｒ１〜Ｒ４と
同様に、光変調素子５ａの画素列Ｇ１〜Ｇ４と対応する
画素が鏡像関係にある。以上のように、各光変調素子５
ａ〜５ｃの１つの画素から出射した光Ｇ３、Ｒ３、Ｂ３
は色合成手段６で合成され１つの画素を形成する。

【００２７】本実施の形態におけるマイクロレンズアレ
イ７とアクチュエータ８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４乃至図６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４及び
図６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。

【００２８】さて、第１のフレームの第１のフィールド
では、色合成手段６で合成された画像とマイクロレンズ
アレイ７との相対位置は図４（ａ）に示すようになって
いる。例えばマイクロレンズ７’の中心軸は色合成され
た画像の画素、、、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
７’により集光される。図５に示すように、光変調素子
５の画素及びからの出射光１０１、１０２は、色合
成手段６で合成されてマイクロレンズアレイ７により集
光された出射光１０１’、１０２’となり投射レンズ９
に入射する。このとき、投射レンズ９の物体面１０は色
合成手段６で合成された光が略１／４に集光された位置
とする。投射レンズ９の物体面１０での表示画像は、図
６（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。

【００２９】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８ａ１
１、８ａ１２により、マイクロレンズアレイ７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７を移動させる。マイクロレンズ７’の中心軸は
色合成された画像の画素、、、の交点の位置、
即ち図４（ｂ）の位置に移動する。ここで図４（ａ）の
位置から図４（ｂ）の位置までのマイクロレンズアレイ
７の移動量は各光変調素子５の画素ピッチｐと同じ５０
μｍである。このとき、図５に示すように光変調素子５
の画素及びからの出射光１０１、１０２は、マイク
ロレンズアレイ７により集光されて出射光１０１”、１
０２”となり投射レンズ９に入射する。投射レンズ９の
物体面１０では図６（ｂ）の位置に集光されており、マ
イクロレンズアレイ７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。

【００３０】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８ａ２
１、８ａ２２によりマイクロレンズアレイ７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７を移動させる。マイクロレンズ７’の中心軸は色
合成された画像の画素、、、の交点の位置、即
ち図４（ｃ）の位置に移動する。ここで図４（ｂ）の位
置から図４（ｃ）の位置までのマイクロレンズアレイ７
の移動量は各光変調素子５の画素ピッチｐと同じ５０μ
ｍである。この結果、色合成手段６で合成された光は、
投射レンズの物体面１０で図６（ｃ）の位置に集光され
ており、マイクロレンズアレイ７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。

【００３１】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８ａ１
１、８ａ１２によりマイクロレンズアレイ７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７を移動させる。マイクロレンズ７’の中心軸は色
合成された画像の画素、、、の交点の位置、即
ち図４（ｄ）の位置に移動する。ここで図４（ｃ）の位
置から図４（ｄ）の位置までのマイクロレンズアレイ７
の移動量は各光変調素子５の画素ピッチｐと同じ５０μ
ｍである。この結果、色合成手段６で合成された光は、
投射レンズ９の物体面１０で図６（ｄ）の位置に集光さ
れており、マイクロレンズアレイ７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。

【００３２】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６（ｅ）
に示すように投射レンズ９の物体面１０即ちスクリーン
１１で形成され、精細度の低い光変調素子５ａ〜５ｃを
用いて精細度の高い表示が実現できる。

【００３３】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８ａ２１、８ａ２２によりマイクロレンズア
レイ７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７を移動させる。マイクロレンズ
７’の中心軸は色合成された画像の画素、、、
の交点の位置即ち図４（ａ）の位置に移動する。ここで
図４（ｄ）の位置から図４（ａ）の位置までのマイクロ
レンズアレイ７の移動量は各光変調素子５の画素ピッチ
ｐと同じ５０μｍである。この結果、色合成手段６で合
成された光は、投射レンズ９の物体面１０で図６（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５ａ〜５ｃ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。

【００３４】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。

【００３５】従来の投射型カラー表示装置では各光変調
素子５ａ〜５ｃの画素数で決まる解像度でしかスクリー
ン１１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／垂直解像度を各光変調素子５ａ〜５ｃ
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７を用いているため、光変調素子
５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８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色合成手段６から
スクリーン１１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。

【００３６】本実施の形態において、色合成された画像
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７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７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８によるマイクロレンズアレイ７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、Ｌｖ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）×ｐｈ ｐｖ≦Ｌｖ≦（ｊ−１）×ｐｖ の範囲にある。

【００３７】また、本実施の形態において、アクチュエ
ータ８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５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７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
７を光変調素子５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５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８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。

【００３８】また、マイクロレンズアレイ７を振動させ
る代わりに投射レンズ９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１１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９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。

【００３９】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７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。

【００４０】本発明の第２の実施の形態による投射型カ
ラー表示装置を図７及び図８を用いて説明する。本実施
の形態による投射型カラー表示装置は、光変調素子の隣
接する複数画素からの出射光を集光するマイクロレンズ
アレイと投射領域変更手段とを光変調素子から色合成手
段に至る光路上に複数設けた点に特徴を有している。

【００４１】図７は本実施の形態における投射型カラー
表示装置の基本構成図であり図１と同一の構成部材につ
いては同一の符号を付している。図７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はダイクロイックプリズムからなる
色分離手段、４はミラー、５ａ〜５ｃは光変調素子、６
はダイクロイックプリズムからなる色合成手段、７ａ〜
７ｃはマイクロレンズアレイ、９は投射レンズ、１０は
投射レンズの物体面、１１はスクリーンである。マイク
ロレンズアレイ７ａ〜７ｃは、光変調素子５ａ〜５ｃか
ら色合成手段６に至る光路上に配置され、光変調素子５
ａ〜５ｃの４画素に対応して１つの凸レンズが形成され
ている。マイクロレンズアレイ７ａ〜７ｃには、図７に
おいて図示を省略したが第１の実施の形態と同様に、マ
イクロレンズアレイ７ａ〜７ｃを垂直方向（紙面上下左
右方向）に振動させるアクチュエータ８ａ１１、８ａ１
２と水平方向（紙面法線方向）に振動させるアクチュエ
ータ８ａ２１、８ａ２２とが設けられており、マイクロ
レンズアレイ７ａ〜７ｃ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７ａ〜７ｃを移
動又は振動させることができるようになっている。

【００４２】光源から出射された光はコリメート変換手
段２によりコリメート変換され、色分離手段３でＲＧＢ
の３色に分離される。３色に分離された光は、３つの光
変調素子５ａ〜５ｃに入射し、それぞれの画像信号に応
じた光変調が行われる。それぞれの光変調素子５ａ〜５
ｃから出射された光は、それぞれマイクロレンズアレイ
７ａ〜７ｃで集光される。

【００４３】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）に分割して表示させる
場合について、緑（Ｇｒｅｅｎ）の画像を形成する光変
調素子５ａと、対応するマイクロレンズアレイ７ａの動
作を図８及び第１の実施の形態で用いた図４、図６を用
いて説明する。なお、図４中の符号５、７’は、それぞ
れ５ａ、７ａ’と読み替え、図６中の符号１０は１０ａ
と読み替えるものとする（以下同様）。

【００４４】第１のフレームの第１のフィールドでは、
光変調素子５ａの画素とマイクロレンズアレイ７ａとの
相対位置は図４（ａ）に示すようになっている。マイク
ロレンズ７ａ’の中心軸は光変調素子５ａ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７ａ’により集光さ
れる。図８に示すように、光変調素子５ａの画素及び
からの出射光１０１、１０２は、マイクロレンズアレ
イ７ａにより集光された出射光１０１’、１０２’とな
り投射レンズ９に入射する。このとき、投射レンズ９の
物体面１０ａは光変調素子５ａからの光が略１／４に集
光された位置とする。投射レンズ９の物体面１０ａでの
Ｇｒｅｅｎの表示画像は、図６（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。

【００４５】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８ａ１
１、８ａ１２により、マイクロレンズアレイ７ａ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７ａを移動させる。マイクロレンズ７ａ’の中
心軸は光変調素子５ａの画素、、、の交点の位
置、即ち図４（ｂ）の位置に移動する。ここで図４
（ａ）の位置から図４（ｂ）の位置までのマイクロレン
ズアレイ７ａの移動量は光変調素子５ａの画素ピッチｐ
と同じ５０μｍである。このとき、図８に示すように光
変調素子５ａの画素及びからの出射光１０１、１０
２は、マイクロレンズアレイ７ａにより集光されて出射
光１０１”、１０２”となり投射レンズ９に入射する。
投射レンズ９の物体面１０ａでのＧｒｅｅｎの表示画像
は図６（ｂ）の位置に集光されており、マイクロレンズ
アレイ７ａ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。

【００４６】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８ａ２
１、８ａ２２によりマイクロレンズアレイ７ａ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７ａを移動させる。マイクロレンズ７ａ’の中心
軸は光変調素子５ａの画素、、、の交点の位
置、即ち図４（ｃ）の位置に移動する。ここで図４
（ｂ）の位置から図４（ｃ）の位置までのマイクロレン
ズアレイ７ａの移動量は光変調素子５ａの画素ピッチｐ
と同じ５０μｍである。この結果、光変調素子５ａから
出射したＧｒｅｅｎの表示画像は、投射レンズの物体面
１０ａで図６（ｃ）の位置に集光されており、マイクロ
レンズアレイ７ａ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。

【００４７】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８ａ１
１、８ａ１２によりマイクロレンズアレイ７ａ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７ａを移動させる。マイクロレンズ７ａ’の中心
軸は色合成された画像の画素、、、の交点の位
置、即ち図４（ｄ）の位置に移動する。ここで図４
（ｃ）の位置から図４（ｄ）の位置までのマイクロレン
ズアレイ７ａの移動量は光変調素子５ａの画素ピッチｐ
と同じ５０μｍである。この結果、光変調素子５ａから
出射したＧｒｅｅｎの表示画像は、投射レンズ９の物体
面１０ａで図６（ｄ）の位置に集光されており、マイク
ロレンズアレイ７ａ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。

【００４８】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６（ｅ）
に示すように投射レンズ９の物体面１０ａで形成され
る。以上は光変調素子５ａとマイクロレンズアレイ７ａ
とによるＧｒｅｅｎの表示画像についての説明である
が、他の２色についても同様の動作であることは言うま
でもない。Ｒｅｄの画像は投射レンズの物体面１０ｂ
に、Ｂｌｕｅの画像は投射レンズの物体面１０ｃにそれ
ぞれ形成される。光変調素子５ａ〜５ｃとマイクロレン
ズアレイ７ａ〜７ｃを用いて得られる精細度の高い３色
の画像を色合成手段６で合成して投射レンズ９でスクリ
ーン１１に投射すれば、高精細なカラー画像を表示させ
ることができる。３色の画像に対応した物体面１０ａ〜
１０ｃを投射レンズ９からの光学的距離が等しくなるよ
うに設定することにより色合成手段６による色ずれを防
止することができる。色合成手段６による色合成は、第
１の実施の形態と同様に、Ｇｒｅｅｎの光は色合成手段
６を透過し、Ｒｅｄの光は色合成手段６のＲｅｄ光を反
射する反射面６ａで反射され、Ｂｌｕｅの光は色合成手
段６のＢｌｕｅ光を反射する反射面６ｂで反射されるこ
とにより行われる。

【００４９】各マイクロレンズアレイ７ａ〜７ｃは、各
光変調素子５ａ〜５ｃに入力されるフィールド信号と同
一のフィールド信号に同期させて移動させる必要があ
る。各マイクロレンズアレイの動作を同一することによ
り、スクリーン上に表示されるＲＧＢの画像を重ねて表
示させることができる。４つのフィールドで、図６
（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）、（ｄ）の領域の表示を行うの
で、Ｒ、Ｇ、Ｂの画像が共に図６（ａ）→（ｂ）→
（Ｃ）→（ｄ）の領域の順で表示されることにより、１
つの高精細なカラー画像が形成される。

【００５０】一方、各マイクロレンズアレイ７ａ〜７ｃ
の動作を同一にしなくても表示を行うことが可能であ
る。例えば、Ｒｅｄの画像は、４つのフィールドで、図
６（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）の領域の表示を順に
行うが、Ｇｒｅｅｎの画像は４つのフィールドで、図６
（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→（ａ）の領域の表示を順に行
い、Ｂｌｕｅの画像は４つのフィールドで、図６（ｃ）
→（ｄ）→（ａ）→（ｂ）の領域の表示を順に行うよう
にしてもよい。各光変調素子と各マイクロレンズアレイ
による表示が、４つのフィールドで１つの画像を形成す
るものであれば、色合成を行うことで１つの高精細なカ
ラー画像が形成される。この場合には、マイクロレンズ
アレイ７ａ〜７ｃの動作に応じた画像信号を、対応する
光変調素子５ａ〜５ｃに送出する必要がある。

【００５１】また、各光変調素子と各マイクロレンズア
レイによる表示が４つのフィールドで１つの画像を形成
するものであれば、それぞれのフィールド信号のタイミ
ングがずれていても問題ない。例えば、Ｒｅｄの画像が
図６（ａ）の領域の表示を行うフィールドから、１／３
フィールドずらしてＧｒｅｅｎの画像が図６（ａ）の領
域の表示を行い、さらに、１／３フィールドずらしてＢ
ｌｕｅの画像が図６（ａ）の領域の表示を行うようにす
る。この場合も、マイクロレンズアレイ７ａ〜７ｃの動
作に応じた画像信号を、対応する光変調素子５ａ〜５ｃ
に送出する必要がある。

【００５２】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。

【００５３】本実施の形態によれば、第１の実施の形態
による効果に加えて以下のような効果が得られる。ま
ず、光変調素子とマイクロレンズアレイの距離を短くで
きるから、光変調素子から出射された光が対応するマイ
クロレンズと異なるマイクロレンズに入射して画像のコ
ントラストを低下させてしまうことを少なくすることが
できる。また、各色に対応したマイクロレンズアレイを
設けているために、スクリーン上での画像の色ずれを低
減させることが可能である。

【００５４】次に、本発明の第３の実施の形態による投
射型カラー表示装置を図９乃至図１２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。

【００５５】図９は本実施の形態による投射型カラー表
示装置の基本構成を示す図である。図１０は１画面を２
つの画像に分割した場合の色合成手段で合成された光変
調素子からの出射光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１１は投射レンズの物体面での入射光束の位置関係を
示している。図１２は１画面を４つの画像に分割した場
合の色合成手段で合成された光変調素子からの出射光と
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。

【００５６】図９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
はダイクロイックプリズムからなる色分離手段、４はミ
ラー、５ａ〜５ｃ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、６はダイクロイックプリズ
ムからなる色合成手段、７ａはレンチキュラーレンズア
レイ、８ａ１、８ａ２は圧電素子からなるアクチュエー
タ、９は投射レンズ、１０は投射レンズの物体面、１１
はスクリーンである。レンチキュラーレンズアレイ７ａ
は、色合成手段６から投射レンズ９に至る光路上に配置
されている。アクチュエータ８は、レンチキュラーレン
ズアレイ７ａを水平方向に振動させるアクチュエータ８
ａ１、８ａ２から構成されている。レンチキュラーレン
ズアレイ７ａに入射する光の光軸に直交する水平方向に
レンチキュラーレンズアレイ７ａを移動又は振動させる
ことができるようになっている。

【００５７】本実施の形態で用いた光変調素子５ａ〜５
ｃは、第１の実施の形態で用いた光変調素子と同等のｐ
ｏｌｙ‐ＳｉＴＦＴ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。レンチキュラーレンズア
レイ７ａは、２ライン分の画素から射出した光束をでき
るだけ多く集光するように設計された１００μｍピッチ
の多数のかまぼこ状レンズで構成されている。レンチキ
ュラーレンズアレイ７ａの大きさは光変調素子５ａ〜５
ｃとほぼ同じ大きさで形成できるので数グラム程度の重
量にすることができる。

【００５８】本実施の形態におけるアクチュエータ８
も、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８をレンチキュラーレ
ンズアレイ７ａの側面に接着し、光変調素子５ａ〜５ｃ
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、レンチキュラーレンズアレイ７ａに入射す
る光の光軸に直交する水平方向にレンチキュラーレンズ
アレイ７ａを移動変化させることができる。

【００５９】光源から出社された光はコリメート変換手
段２によりコリメート変換され、色分離手段３でＲＧＢ
の三原色に分離される。３色に分離された光は、３つの
光変調素子５ａ〜５ｃに入射し、それぞれの画像信号に
応じた光変調が行われる。それぞれの光変調素子５ａ〜
５ｃで変調された光は、色合成手段６で合成され１つの
画像を形成する。

【００６０】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７ａと、アクチュエータ８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１０及
び図１１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。

【００６１】第１のフレームの第１のフィールドでは、
色合成手段６で合成された光変調素子５ａ〜５ｃからの
光とレンチキュラーレンズアレイ７ａとの相対位置は図
１０（ａ）の位置にあり、色合成手段６で合成された光
変調素子５ａ〜５ｃの隣接する２列からの出射光１０
１、１１１及び１０２、１１２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１０１’、１１１’及
び１０２’、１１２’のように集光され投射レンズ９に
入射する。投射レンズ９の物体面１０は、光変調素子５
ａ〜５ｃ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１０での
表示画像は図１１（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。

【００６２】次に第１のフレームの第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
８ａ１、８ａ２によりレンチキュラーレンズアレイ７ａ
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７ａを移動させて図１０（ｂ）に
示す位置に移動させる。ここで図１０（ａ）の位置から
図１０（ｂ）の位置までのレンチキュラーレンズアレイ
７ａの移動量は光変調素子５ａ〜５ｃの画素ピッチｐと
同じ５０μｍである。このとき光変調素子５ａ〜５ｃの
隣接する２列からの出射光１０１、１１１及び１０２、
１１２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１０１”、１１１”及び１０２”、
１１２”のように集光され投射レンズ９に入射する。投
射レンズの物体面１０では図１１（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７ａ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。

【００６３】上記第１のフレームの第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１１
（ｃ）に示すように投射レンズの物体面１０即ちスクリ
ーン１１上で形成され、精細度の低い光変調素子５ａ〜
５ｃを用いて精細度の高い表示が実現できる。

【００６４】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
８ａ１、８ａ２によりレンチキュラーレンズアレイ７ａ
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７ａを移動させて図１０（ａ）の
位置に移動させる。ここで図１０（ｂ）の位置から図１
０（ａ）の位置までのレンチキュラーレンズアレイ７ａ
の移動量は光変調素子５ａ〜５ｃの画素ピッチｐと同じ
５０μｍである。この結果、光変調素子５ａ〜５ｃから
の出射光は、投射レンズの物体面１０で図１１（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。

【００６５】本実施の形態では、色合成手段６で合成さ
れた画像の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７ａ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７ａ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８に
よるレンチキュラーレンズアレイ７ａ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。

【００６６】本実施の形態においても、レンチキュラー
レンズアレイ７ａの移動の代わりに投射レンズ９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、集光手段を移
動変化させた場合と異なる。このとき投射レンズ９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。

【００６７】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７ａ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７ａ
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。

【００６８】レンチキュラーレンズアレイと振動手段を
２組用いた場合の光変調素子５ａ〜５ｃとレンチキュラ
ーレンズアレイと投射レンズ９の物体面１０との位置関
係を示す斜視図を図１２に示す。図１２において、７ａ
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、７ｂ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７ａ、７ｂは投射レンズの物体面１０におい
て、光変調素子５ａ〜５ｃ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１０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７ａ、７ｂ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７
ａ、７ｂに入射する光の光軸に直交する面でアクチュエ
ータ８ａ１、８ａ２、及び８ｂ１、８ｂ２、により水平
／垂直方向に移動させることにより、（ｍ×ｎ）画素を
持つ光変調素子５ａ〜５ｃを用いて４×（ｍ×ｎ）画素
を持つ高精細度の表示を実現できる。

【００６９】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
の利用効率を低下させずに高精細な画像を表示すること
が可能である。

【００７０】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、光変調素
子からスクリーン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
からの出射光または色合成手段により合成された光変調
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有する光学素子と、光学
素子によりスクリーン上で離散的に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を高精細化させることが
できるようになる。

【００７１】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或いはレンチキュ
ラーレンズアレイを集光手段として用いているので、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い。また、間隙部の補間を
アクチュエータによる機械的な振動としているので、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もなく、光の利用効
率を低下させずに簡単な構成で明るく高精細なカラー画
像を表示することができるようになる。

【００７２】また振動手段である圧電素子等のアクチュ
エータは、振幅が数１０μｍ以下、動作周波数が数１０
Ｈｚ〜数１００Ｈｚの低周波でよく、移動の切り替え時
間も１ミリ秒以下で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引き起こさない。

【００７３】また、各色に対応したマイクロレンズアレ
イを設けることにより、光変調素子とマイクロレンズア
レイの距離を短くでき、光変調素子から出射された光が
対応するマイクロレンズ以外の別のマイクロレンズに入
射して画像のコントラストを低下させることもない。

【００７４】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、本発明の投射型カラー表
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カラー
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カラー
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カラー
表示装置の色合成手段による色合成を説明する図であ
る。

【図４】本発明の第１の実施の形態による投射型カラー
表示装置における合成された画像と凸レンズとの位置関
係を示す平面図である。

【図５】本発明の第１の実施の形態による投射型カラー
表示装置の光変調素子から投射レンズの物体面までの光
軸に平行な面の図４Ａ−Ａ’断面での断面図である。

【図６】本発明の第１の実施の形態による投射型カラー
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
ンズの物体面での入射光束の位置関係を示す平面図であ
る。

【図７】本発明の第２の実施の形態による投射型カラー
表示装置の基本構成図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態による投射型カラー
表示装置の光変調素子から投射レンズの物体面までの光
軸に平行な面の図４Ａ−Ａ’断面での断面図である。

【図９】本発明の第２の実施の形態による投射型カラー
表示装置の基本構成図である。

【図１０】本発明の第２の実施の形態による投射型カラ
ー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１１】本発明の第２の実施の形態による投射型カラ
ー表示装置の１画面を２つの画像に分割したときの投射
レンズの物体面での入射光束の位置関係を示す平面図で
ある。

【図１２】本発明の第２の実施の形態による投射型カラ
ー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１３】従来の投射型カラー表示装置の構成を示す説
明図である。

【図１４】従来の投射型表示装置の構成を示す説明図で
ある。

【図１５】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１６】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 色分離手段 ４ ミラー ５ 光変調素子 ６ 色合成手段 ７ マイクロレンズアレイ（レンチキュラーレンズアレ
イ） ８ アクチュエータ ９ 投射レンズ １０ 投射レンズの物体面 １１ 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 (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源からの光を複数の色の光に分離する色
   分離手段と、分離された前記複数の色の光をそれぞれ変
   調する複数の画素を有する複数の光変調素子と、変調さ
   れた前記複数の色の光を合成する色合成手段と、前記複
   数の光変調素子で表示されたカラー画像をスクリーン上
   に拡大投射する投射手段とを有する投射型カラー表示装
   置において、 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カラー表示装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の投射型カラー表示装置にお
   いて、 前記集光手段及び前記投射領域変更手段は、前記色合成
   手段から前記投射手段に至る光路上に位置していること
   を特徴とする投射型カラー表示装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の投射型カラー表示装置にお
   いて、 前記集光手段及び前記投射領域変更手段は、前記各光変
   調素子毎に設けられ、前記各光変調素子から前記色合成
   手段に至る光路上にそれぞれ位置していることを特徴と
   する投射型カラー表示装置。
4. 【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載の投射型
   カラー表示装置において、 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カラー表示装置。
5. 【請求項５】請求項１乃至３のいずれかに記載の投射型
   カラー表示装置において、 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ラインに対応した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
   とする投射型カラー表示装置。
6. 【請求項６】請求項１乃至３のいずれかに記載の投射型
   カラー表示装置において、 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ラインに対応した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ラインに対応した断面半円形
   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カラ
   ー表示装置。