(57)【要約】【課題】強誘電性液晶を用いた液晶プロジェクタにおいて、焼き付き現象を防止しながら、投射画像の明るい液晶プロジェクタを提供する。【解決手段】焼き付き現象を防止するために、液晶ディスプレイデバイスの極性を交互に反転させるのに同期させて、液晶ディスプレイデバイスに照射する直線偏光の偏光方向を切替えることにより、従来表示できなかったネガティブ画像をポジティブ画像に変換して表示できるようにする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光方向が９０度相異なる第１の直線偏光光および第２の直線偏光光を交互に出射する照明系と、
前記照明系からの光を変調する液晶ディスプレイデバイスと、
前記液晶ディスプレイデバイスからの光の特定の偏光成分をフィルタリングする偏光フィルターと、
前記偏光フィルターからの光を投射する投射光学系とを有することを特徴とする液晶プロジェクタ。
【請求項２】
偏光方向が９０度相異なる第１の直線偏光光および第２の直線偏光光を交互に出射する照明系と、
前記照明系からの前記第１の直線偏光光および前記第２の直線偏光光を入射して  それぞれの光を相異なる方向に分ける偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタによって分けられた前記第１の直線偏光光を変調する第１の反射型液晶ディスプレイデバイスと、
前記偏光ビームスプリッタによって分けられた前記第２の直線偏光光を変調する第２の反射型液晶ディスプレイデバイスと、
投射光学系とを有し、
前記偏光ビームスプリッタは、前記第１の反射型液晶ディスプレイデバイスによって変調された光および前記第２の反射型液晶ディスプレイデバイスによって変調された光を合成し、
前記投射光学系は前記偏光ビームスプリッタで合成された光を投射することを特徴とする液晶プロジェクタ。
【請求項３】
前記液晶ディスプレイデバイスは、透過型または反射型であること特徴とする請求項１記載の液晶プロジェクタ。
【請求項４】
前記液晶ディスプレイデバイスが、強誘電性液晶材料を用いて構成されていることを特徴とする請求項１記載の液晶プロジェクタ。
【請求項５】
前記第１の反射型液晶ディスプレイデバイスおよび前記第２の反射型液晶ディスプレイデバイスが、  強誘電性液晶材料を用いて構成されていることを特徴とする請求項２記載の液晶プロジェクタ。
【請求項６】
前記照明系は、複数の発光素子からなる発光素子アレイと、偏光変換素子アレイとを有し、
前記偏光変換素子アレイは、前記発光素子アレイのうちの一部の発光素子から発光した光を入射して前記第１の直線偏光光を出射し、  前記発光素子アレイのうちの残りの発光素子から発光した光を入射して前記第２の直線偏光光を出射する  ことを特徴とする請求項１または２記載の液晶プロジェクタ。
【請求項７】
前記照明系は、前記発光素子アレイと前記偏光変換素子アレイとの組合わせを複数有することを特徴とする請求項６記載の液晶プロジェクタ。
【請求項８】
１つまたは複数の前記発光素子アレイは、赤色発光素子と緑色発光素子と青色発光素子とを有することを特徴とする請求項６または７記載の液晶プロジェクタ。
【請求項９】
前記照明系が、
光源と、
前記光源からの光を２つの方向に交互に出射する出射光路切替え手段と、
前記光路切替え手段によって第１の方向に出射された光を直線偏光に変換する第１の偏光統一手段と、
前記光路切替え手段によって第２の方向に出射された光を直線偏光に変換する第２の偏光統一手段と、
前記第１の偏光統一手段からの光と前記第２の偏光統一手段からの光の光路を一本化する合成光学系とを有し、
前記第１の偏光統一手段から出射される偏光光の偏光方向と、前記第２の偏光統一手段から出射される偏光光の偏光方向との、成す角が９０度であることを特徴とする請求項１または２記載の液晶プロジェクタ。
【請求項１０】
前記光源は、赤色光と緑色光と青色光とを切替えて出射することを特徴とする請求項９記載の液晶プロジェクタ。
【請求項１１】
前記出射光路切替え手段が、入射光が出射していく方向を切替える可動ミラーを有することを特徴とする請求項９記載の液晶プロジェクタ。
【請求項１２】
前記合成光学系が、前記第１の直線偏光光および前記第２の直線偏光光を合成する偏光ビームコンバイナを有することを特徴とする請求項９記載の液晶プロジェクタ。
【請求項１３】
前記合成光学系が、入射光を切替える可動ミラーおよび複数の固定ミラーを有することを特徴とする請求項９記載の液晶プロジェクタ。
【請求項１４】
前記照明系が、
光源と、
前記光源からの光を２つの方向に交互に出射する出射光路切替え手段と、
前記光路切替え手段によって第１の方向に出射された光を直線偏光に変換する第１の偏光統一手段と、
前記光路切替え手段によって第２の方向に出射された光を直線偏光に変換する第２の偏光統一手段と、
前記第１の偏光統一手段からの光と前記第２の偏光統一手段からの光の光路を一本化する合成光学系とを有し、
前記出射光路切替え手段が、入射光が出射していく方向を切替える可動ミラーを有し、
前記合成光学系が、入射光を切替える可動ミラーおよび複数の固定ミラーを有し、
一個の可動ミラーが、前記出射光路切替え手段の前記可動ミラーと、前記合成光学系の前記可動ミラーとを兼ね、
前記第１の偏光統一手段から出射される偏光光の偏光方向と、前記第２の偏光統一手段から出射される偏光光の偏光方向との、成す角が９０度であることを特徴とする請求項１または２記載の液晶プロジェクタ。
【請求項１５】
前記第１の反射型液晶ディスプレイデバイスを左眼用映像信号で制御し、前記第２の反射型液晶ディスプレイデバイスを右眼用映像信号で制御することを特徴とする請求項２記載の液晶プロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間光変調器として液晶ディスプレイデバイスを用いて画像を表示する液晶プロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディスプレイデバイスに用いられる液晶としては、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）液晶や強誘電性液晶が良く知られている。ＴＮ液晶と強誘電性液晶のどちらのディスプレイデバイスにおいても、それらの偏光特性を利用して反射率（もしくは、透過率）が制御できるように構成されている。しかしながら、動作はお互いに異なっている。
【０００３】
ＴＮ液晶は連続的に反射率（もしくは、透過率）を制御できるが、強誘電性液晶においては、反射率（もしくは、透過率）は離散的で２状態（ＯＮ、ＯＦＦ）しかない。従って、強誘電性液晶の場合、階調表現はパルス幅変調ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）によって行われる。つまり、ＯＮ状態とＯＦＦ状態の時間比率を制御することによって、階調を表現している。
【０００４】
液晶ディスプレイデバイスで同じ画面を長時間表示すると、別の絵柄になっても以前の絵柄が残る、いわゆる、焼き付きと呼ばれる現象が現れる。この原因は、長時間同じ向きの電界が液晶セルにかかっている場合、液晶の中に含まれる不純物イオンが界面に偏るようになり、その偏在した不純物イオンが作る電界が液晶の動きを妨げることによると考えられる。
【０００５】
焼き付き現象を防止するため、液晶ディスプレイデバイスでは、液晶セルに印加する電界のある時間での平均がゼロになるように制御される。つまり、１枚の画像を表示すると、その次に必ずその逆の電界を印加するようにする。
【０００６】
ＴＮ液晶の場合、偏光状態を制御するのは電界の絶対値であり、極性には関係ないので、電界の極性を逆にしてもポジティブな（階調が正常な）画像を表示することになる。一方、強誘電性液晶の場合、偏光状態を制御するのは電界の極性なので、電界の極性を逆にするとネガティブな（階調が反転した）画像を表示することになる。  以下、特許文献を参照し、従来の技術を説明する。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２４４２１１号公報
【特許文献２】
特開２００１−１７４７７５号公報
【特許文献３】
特開平１１−３３１８７９号公報
【特許文献４】
特許第２９９９９５２号公報（特開平９−１３８３７１号公報）
【特許文献５】
特開平１１−２８１９３１号公報
【特許文献６】
特開平５−２５７１１０号公報
【０００８】
従来の液晶プロジェクタの第１例について、図１９、２０、および２１を参照し、説明する。図１９は、従来の液晶プロジェクタの第一例の光学上の構成を示す構成図である。例えば、特許文献１には、偏光変換素子を用いた画像投射装置が開示されている。まず、図１９を参照し、従来の液晶プロジェクタの第一例の光学上の構成を説明する。この従来の液晶プロジェクタの第一例においては、液晶ディスプレイデバイスを１個使用した構成になっている。
【０００９】
赤色直線偏光光源Ｃ１１Ｒ、緑色直線偏光光源Ｃ１１Ｇ、青色直線偏光光源Ｃ１１Ｂから、それぞれ赤色、緑色、青色の直線偏光光が出射される。これらの直線偏光光の経路は色合成光学系Ｃ１３によって一本化される。色合成光学系Ｃ１３を通過した直線偏光光は、光束整形光学系Ｃ１２によって整形され、液晶ディスプレイデバイスＣ２に入射される。
【００１０】
液晶ディスプレイデバイスＣ２は入射光の偏光状態を空間的に変調し、変調された光は偏光フィルターＣ３に入射される。偏光フィルターＣ３は入射光のうち、偏光方向が透過軸と同じ光のみ透過する。偏光フィルターＣ３を透過した光は、投射光学系Ｃ４を通して、画像光として図示されていないスクリーンに投射される。
【００１１】
図２０は、図１９に示す直線偏光光源の光学上の構成を示す構成図である。発光素子Ｃ１１１より出射された無偏光光は、偏光ビームスプリッタＣ１１２１によってＰ偏光光とＳ偏光光に分離される。このＳ偏光光はミラーＣ１１２２によって光路を曲げられ、Ｐ偏光光と平行にさせられる。偏光ビームスプリッタＣ１１２１から出射したＰ偏光光は１／２波長板Ｃ１１２３によって偏光方向を９０度回転させられ、偏光ビームスプリッタＣ１１２１から出射したＳ偏光光と偏光方向を同じにされる。つまり、発光素子Ｃ１１１より出射された無偏光光は、偏光変換素子アレイＣ１１２によってＳ偏光光に変換される。
【００１２】
次に、図２１を参照し、図１９に示す液晶プロジェクタの制御について説明する。図２１は、図１９に示す従来の液晶プロジェクタの第一例の制御の状況を示すタイミングチャートである。
【００１３】
図２１において、“Ｒ−Ｓ偏光”は光が赤色でＳ偏光であることを、“Ｇ−Ｓ偏光”は光が緑色でＳ偏光であることを、“Ｂ−Ｓ偏光”は光が青色でＳ偏光であることを、示している。また、“Ｒ−Ｐｏｓ”はポジティブな赤色画像を表示することを、“Ｒ−Ｎｅｇ”はネガティブな赤色画像を表示することを、“Ｇ−Ｐｏｓ”はポジティブな緑色画像を表示することを、“Ｇ−Ｎｅｇ”はネガティブな緑色画像を表示することを、“Ｂ−Ｐｏｓ”はポジティブな青色画像を表示することを、“Ｂ−Ｎｅｇ”はネガティブな青色画像を表示することを、“ＯＦＦ”は光がないことを示している。
【００１４】
液晶ディスプレイデバイスＣ２は映像信号に応じて、“Ｒ−Ｐｏｓ”、“Ｇ−Ｐｏｓ”、“Ｂ−Ｐｏｓ”、“Ｒ−Ｎｅｇ”、“Ｇ−Ｎｅｇ”、“Ｂ−Ｎｅｇ”という性質の画像を表示するように制御される。それに同期して、照明系Ｃ１から、“Ｒ−Ｓ偏光”、“Ｇ−Ｓ偏光”、“Ｂ−Ｓ偏光”、”ＯＦＦ”、”ＯＦＦ”、”ＯＦＦ”という性質の光が順番に出射される。従って、偏光フィルターＣ３が出射するのは、液晶ディスプレイデバイスＣ２が表示するポジティブな画像光のみであり、ネガティブな画像が表示される期間は光は出射されない。
【００１５】
以上のような構成により、強誘電性液晶のディスプレイデバイスにおいて、液晶に印加する平均電界をゼロにし、焼き付き現象を防止することができる。
【００１６】
図１９に示されるような、従来の強誘電性液晶の液晶プロジェクタの第一例においては、焼き付き現象を防止するために、図２１に示されるように、半分の期間は画像表示しないようにして、投射画像の明るさを犠牲にしているという問題がある。
【００１７】
次に、従来の液晶プロジェクタの第二例について、図２２および図２３を参照し、説明する。図２２は、従来の液晶プロジェクタの第二例の光学上の構成を示す構成図である。この従来の液晶プロジェクタの第二例においては、液晶ディスプレイデバイスを２個使用した構成になっている。液晶ディスプレイデバイスを２個使用した従来例としては、例えば、特許文献２に記載されている。
【００１８】
図２２を参照し、従来の液晶プロジェクタの光学上の構成を説明する。白色光源１１１から出射された白色光は、色切替え手段１１２によって、この白色光が順次、赤色光、緑色光、青色光に変換される。更に、シャッタ１１３によって、光を透過させたり遮ったりさせる。
【００１９】
偏光ビームスプリッタ１０２はＰ偏光光を直進させ、Ｓ偏光光の光路を９０度曲げる光学素子である。照明手段１０１から出射された無偏光光は、偏光ビームスプリッタ１０２により、Ｐ偏光光およびＳ偏光光に分解され、それぞれ反射型液晶ディスプレイデバイス１０３および１０４に照射される。
【００２０】
反射型液晶ディスプレイデバイス１０３は偏光ビームスプリッタ１０２を通過したＰ偏光光を入射し、映像信号に応じて制御された割合のＰ偏光光とＳ偏光光を出射する。反射型液晶ディスプレイデバイス１０３より出射された光のうち、Ｐ偏光光は偏光ビームスプリッタ１０２を直進して投射光学系１０５へは向かわず、Ｓ偏光光は偏光ビームスプリッタ１０２で曲げられ投射光学系１０５へ向かう。
【００２１】
反射型液晶ディスプレイデバイス１０４は偏光ビームスプリッタ１０２を通過したＳ偏光光を入射し、映像信号に応じて制御された割合のＰ偏光光とＳ偏光光を出射する。反射型液晶ディスプレイデバイス１０４より出射された光のうち、Ｐ偏光光は偏光ビームスプリッタ１０２を直進して投射光学系１０５へ向かい、Ｓ偏光光は偏光ビームスプリッタ１０２で曲げられ投射光学系１０５へは向かわない。
【００２２】
偏光ビームスプリッタ１０２を通過して投射光学系１０５に達した光は、画像光として、図示されていないスクリーンに投射される。
【００２３】
次に、図２２および図２３を参照し、図２２に示す液晶プロジェクタの制御について説明する。図２３は、図２２に示す液晶プロジェクタにおいて、強誘電性液晶ディスプレイデバイスを用いた場合の制御の状況を示すタイミングチャートである。
【００２４】
図２３において、“Ｒ”は光が赤色であることを、“Ｇ”は光が緑色であることを、“Ｂ”は光が青色であることを示し、“ＯＦＦ”は光がないことを示している。また、“Ｒ−Ｐ偏光”は光が赤色でＰ偏光光であることを、“Ｒ−Ｓ偏光”は光が赤色でＳ偏光光であることを、“Ｇ−Ｐ偏光”は光が緑色でＰ偏光光であることを、“Ｇ−Ｓ偏光”は光が緑色でＳ偏光光であることを、“Ｂ−Ｐ偏光”は光が青色でＰ偏光光であることを、“Ｂ−Ｓ偏光”は光が青色でＳ偏光光であることを、示している。また、“Ｒ−Ｐｏｓ”はポジティブな赤色画像を表示することを、“Ｒ−Ｎｅｇ”はネガティブな赤色画像を表示することを、“Ｇ−Ｐｏｓ”はポジティブな緑色画像を表示することを、“Ｇ−Ｎｅｇ”はネガティブな緑色画像を表示することを、“Ｂ−Ｐｏｓ”はポジティブな青色画像を表示することを、“Ｂ−Ｎｅｇ”はネガティブな青色画像を表示することを示している。
【００２５】
照明手段１０１から、Ｒ（赤色光）、ＯＦＦ（光なし）、Ｇ（緑色光）、ＯＦＦ（光なし）、Ｂ（青色光）、ＯＦＦ（光なし）という性質の光が順番に出射される。照明手段１０１と反射型液晶ディスプレイデバイス１０３、１０４は映像信号に同期して制御される。
【００２６】
照明手段１０１から光が出射される期間に、反射型液晶ディスプレイデバイス１０３および１０４は映像信号に応じたポジティブな画像を表示するよう制御される。また、照明手段１０１から光が出射されない期間に、反射型液晶ディスプレイデバイス１０３および１０４は映像信号に応じたネガティブな画像を表示するよう制御される。従って、投射光学系１０５が出射するのは、反射型液晶ディスプレイデバイス１０３および１０４が表示するポジティブな画像光のみであり、ネガティブな画像が表示される期間は光は投射されない。
【００２７】
以上のような構成により、強誘電性液晶のディスプレイデバイスにおいて、液晶に印加する平均電界をゼロにし、イオンの偏在を避け、焼き付き現象を防止することができる。図２２に示されるような、従来の強誘電性液晶の液晶プロジェクタの第二例においても、第一例と同様に、焼き付き現象を防止するために、図２３に示されるように、半分の期間は画像表示しないようにして、投射画像の明るさを犠牲にしているという問題がある。
【００２８】
液晶プロジェクタのアプリケーションとして、立体映像表示がある。立体映像表示のためにはいくつかの方法がある。
【００２９】
互いに同じ方向の直線偏光である左眼用の画像と右眼用の画像を投射し、右眼の視線と左眼の視線を交互に遮るように働く液晶シャッタを有する眼鏡によって立体表示する方法が特許文献３記載の発明である立体画像プロジェクタおよび画像立体視用治具に開示されている。
【００３０】
また、互いに異なる方向の直線偏光である左眼用の画像と右眼用の画像を交互に投射し、偏光眼鏡によって光路を制限することによって立体表示する方法が特許文献４記載の発明である偏光メガネ式立体映像表示装置に開示されている。
【００３１】
また、互いに異なる方向の直線偏光である左眼用の画像と右眼用の画像を重ねて投射し、偏光眼鏡によって光路を制限することによって立体表示する方法が、特許文献５記載の発明であるプロジェクタおよび特許文献６記載の発明である投射型液晶表示装置に開示されている。
【００３２】
これらの立体映像表示に応用される液晶プロジェクタにおいては、ディスプレイデバイスがＴＮ液晶でも強誘電性液晶でも使える。
【００３３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、強誘電性液晶の液晶プロジェクタにおける焼き付き現象を防止しながら、投射画像の明るい液晶プロジェクタを提供することを目的とする。さらに、偏光眼鏡や液晶シャッタ眼鏡を併用することによって、立体映像を表示することのできる液晶プロジェクタを提供することを目的とする。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、液晶プロジェクタにおいて、偏光方向が９０度相異なる第１の直線偏光光および第２の直線偏光光を交互に出射する照明系と、前記照明系からの光を変調する液晶ディスプレイデバイスと、前記液晶ディスプレイデバイスからの光の特定の偏光成分をフィルタリングする偏光フィルターと、前記偏光フィルターからの光を投射する投射光学系とを有することを特徴としている。
【００３５】
請求項２記載の発明は、液晶プロジェクタにおいて、偏光方向が９０度相異なる第１の直線偏光光および第２の直線偏光光を交互に出射する照明系と、前記照明系からの前記第１の直線偏光光および前記第２の直線偏光光を入射してそれぞれの光を相異なる方向に分ける偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタによって分けられた前記第１の直線偏光光を変調する第１の反射型液晶ディスプレイデバイスと、前記偏光ビームスプリッタによって分けられた前記第２の直線偏光光を変調する第２の反射型液晶ディスプレイデバイスと、投射光学系とを有し、前記偏光ビームスプリッタは、前記第１の反射型液晶ディスプレイデバイスによって変調された光および前記第２の反射型液晶ディスプレイデバイスによって変調された光を合成し、前記投射光学系は前記偏光ビームスプリッタで合成された光を投射することを特徴としている。
【００３６】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記液晶ディスプレイデバイスは、透過型または反射型であること特徴としている。
【００３７】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記液晶ディスプレイデバイスが、強誘電性液晶材料を用いて構成されていることを特徴としている。
【００３８】
請求項５記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記第１の反射型液晶ディスプレイデバイスおよび前記第２の反射型液晶ディスプレイデバイスが、強誘電性液晶材料を用いて構成されていることを特徴としている。
【００３９】
請求項６記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記照明系は、複数の発光素子からなる発光素子アレイと、偏光変換素子アレイとを有し、前記偏光変換素子アレイは、前記発光素子アレイのうちの一部の発光素子から発光した光を入射して前記第１の直線偏光光を出射し、前記発光素子アレイのうちの残りの発光素子から発光した光を入射して前記第２の直線偏光光を出射することを特徴としている。
【００４０】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明において、前記照明系は、前記発光素子アレイと前記偏光変換素子アレイとの組合わせを複数有することを特徴としている。
【００４１】
請求項８記載の発明は、請求項６または７記載の発明において、１つまたは複数の前記発光素子アレイは、赤色発光素子と緑色発光素子と青色発光素子とを有することを特徴とすしている。
【００４２】
請求項９記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記照明系が、光源と、前記光源からの光を２つの方向に交互に出射する出射光路切替え手段と、前記光路切替え手段によって第１の方向に出射された光を直線偏光に変換する第１の偏光統一手段と、前記光路切替え手段によって第２の方向に出射された光を直線偏光に変換する第２の偏光統一手段と、前記第１の偏光統一手段からの光と前記第２の偏光統一手段からの光の光路を一本化する合成光学系とを有し、前記第１の偏光統一手段から出射される偏光光の偏光方向と、前記第２の偏光統一手段から出射される偏光光の偏光方向との、成す角が９０度であることを特徴としている。
【００４３】
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の発明において、前記光源は、赤色光と緑色光と青色光とを切替えて出射することを特徴としている。
【００４４】
請求項１１記載の発明は、請求項９記載の発明において、前記出射光路切替え手段が、入射光が出射していく方向を切替える可動ミラーを有することを特徴としている。
【００４５】
請求項１２記載の発明は、請求項９記載の発明において、前記合成光学系が、前記第１の直線偏光光および前記第２の直線偏光光を合成する偏光ビームコンバイナを有することを特徴としている。
【００４６】
請求項１３記載の発明は、請求項９記載も発明において、前記合成光学系が、入射光を切替える可動ミラーおよび複数の固定ミラーを有することを特徴としている。
【００４７】
請求項１４記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記照明系が、光源と、前記光源からの光を２つの方向に交互に出射する出射光路切替え手段と、前記光路切替え手段によって第１の方向に出射された光を直線偏光に変換する第１の偏光統一手段と、前記光路切替え手段によって第２の方向に出射された光を直線偏光に変換する第２の偏光統一手段と、前記第１の偏光統一手段からの光と前記第２の偏光統一手段からの光の光路を一本化する合成光学系とを有し、前記出射光路切替え手段が、入射光が出射していく方向を切替える可動ミラーを有し、前記合成光学系が、入射光を切替える可動ミラーおよび複数の固定ミラーを有し、一個の可動ミラーが、前記出射光路切替え手段の前記可動ミラーと、前記合成光学系の前記可動ミラーとを兼ね、前記第１の偏光統一手段から出射される偏光光の偏光方向と、前記第２の偏光統一手段から出射される偏光光の偏光方向との、成す角が９０度である  ことを特徴としている。
【００４８】
請求項１５記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記第１の反射型液晶ディスプレイデバイスを左眼用映像信号で制御し、前記第２の反射型液晶ディスプレイデバイスを右眼用映像信号で制御することを特徴としている。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照し、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００５０】
まず、添付図面を参照し、本発明の第一実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の液晶プロジェクタの第一実施形態の光学上の構成を示す構成図である。図１を参照し、本発明の液晶プロジェクタの第一実施形態の光学上の構成を説明する。第一実施形態では、液晶ディスプレイデバイスを１個使用している。
【００５１】
図１において、図１（ａ）は、本発明の液晶プロジェクタの第一実施形態の光学上の構成が示されている。図１（ｂ）から（ｅ）までは、偏光の様子を示している。
【００５２】
照明系１００１は偏光方向が互いに９０度異なる直線偏光光を時間的に交互に出射する。なお、照明系１００１については後で詳細に説明する。
【００５３】
照明系１００１から出射された直線偏光光は、液晶ディスプレイデバイス１００２によって画素ごとに偏光状態について変調され、更に、偏光フィルター１００３によって特定の偏光成分がフィルタリングされて画像光となる。
【００５４】
偏光フィルター１００３から出射された画像光は、投射光学系１００４によって、図示されないスクリーンに投射される。
【００５５】
次に、偏光状態について説明する。図１において、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸による直交座標系を考え、照明系１００１から投射光学系１００４まで主光線はｚ軸に平行であるとし、偏光方向はｘ−ｙ平面上でｘ軸との成す角で表すこととする。また、照明系１００１から出射される２種類の直線偏光の偏光方向は、ｘ−ｙ平面上でｘ軸と成す角がそれぞれ０度、９０度であるとする。偏光フィルター１００３は、ｘ軸と成す角が０度である偏光成分は通過させないように配置される。
【００５６】
強誘電性液晶のディスプレイデバイスは、画素毎に液晶の光学軸の角度を切替えできる１／２波長板として作用する。強誘電性液晶における液晶の状態は２つあり、正電界、負電界を印加して生じる状態を、ここでは、それぞれ、Ｐ状態、Ｎ状態と呼ぶことにする。Ｎ状態では、液晶の光学軸とｘ軸との成す角が０度（もしくは、９０度）であり、Ｐ状態では、液晶の光学軸とｘ軸との成す角が４５度である。なお、液晶の光学軸の変化角度が４５度でない場合は、位相差板を用いて４５度に調整することが可能である。
【００５７】
Ｎ状態のとき、入射直線偏光光の偏光方向が０度、９０度の場合、入射光の偏光方向が光学軸と平行もしくは垂直なので、偏光方向は変化させずに、それぞれ０度、９０度の直線偏光光を出射する。Ｐ状態のとき、入射直線偏光光の偏光方向が０度、９０度の場合、入射光の偏光方向が光学軸と４５度の角度を成すので、偏光方向を９０度変化させ、それぞれ９０度、０度の直線偏光光を出射する。
【００５８】
図１（ｂ）は、入射直線偏光光の偏光方向が０度、液晶の状態がＰ状態の場合を示す。この場合、偏光方向は９０度に変えられ、光は偏光フィルター１００３を通過する。
【００５９】
図１（ｃ）は、入射直線偏光光の偏光方向が０度、液晶の状態がＮ状態の場合を示す。この場合、偏光方向は０度のまま変わらず、光は偏光フィルター１００３を通過しない。
【００６０】
図１（ｄ）は、入射直線偏光光の偏光方向が９０度、液晶の状態がＮ状態の場合を示す。この場合、偏光方向は９０度のまま変わらず、光は偏光フィルター１００３を通過する。
【００６１】
図１（ｅ）は、入射直線偏光光の偏光方向が９０度、液晶の状態がＰ状態の場合を示す。この場合、偏光方向は０度に変えられ、光は偏光フィルター１００３を通過しない。
【００６２】
つまり、入射直線偏光光の偏光方向が０度の場合、Ｐ状態は明状態を、Ｎ状態は暗状態を表す。一方、入射直線偏光光の偏光方向が９０度の場合、Ｐ状態は暗状態を、Ｎ状態は明状態を表す。
【００６３】
次に、液晶ディスプレイデバイス１００２が、ＴＮ液晶のものである場合において説明する。ＴＮ液晶において、電界を印加しないときの状態をＮ状態、最大電界を印加したときの状態をＰ状態と呼ぶことにする。すると、前述の強誘電性液晶の場合の説明が当てはまる。但し、階調表現の制御方法が互いに異なる。
【００６４】
ＴＮ液晶の場合は、印加電界の絶対値によって、Ｐ状態とＮ状態の中間状態を制御し、出射光における９０度の偏光成分の光量的割合を変化させる。
【００６５】
強誘電性液晶の場合、階調表現の制御は、印加電界の極性の時間的割合を制御することによって、つまり、パルス幅変調によって行う。すると、Ｐ状態とＮ状態の時間的割合が変化し、液晶ディスプレイデバイス１００２の出射光における９０度の偏光成分の時間的割合が変化し、偏光フィルター１００３を通過する光量の時間平均値が変化し、故に、階調レベルが変化する。
【００６６】
以上のことから、液晶ディスプレイデバイス１００２をポジティブな（階調が正常な）画像を表示するように制御するときには、照明系１００１から出射する直線偏光光の偏光方向を０度とし、液晶ディスプレイデバイス１００２をネガティブな（階調が反転した）画像を表示するように制御するときには、照明系１００１から出射する直線偏光光の偏光方向を９０度とすると、いずれの場合も、投射画像を  ポジティブな（階調が正常な）画像にすることができる。
【００６７】
次に、図２を参照し、図１に示す本発明の液晶プロジェクタの第一実施形態の制御について説明する。図２は、図１に示す本発明の液晶プロジェクタの第一実施形態の制御の状況を示すタイミングチャートである。
【００６８】
図２において、“Ｒ−Ｐ偏光”は光が赤色でＰ偏光であることを、“Ｒ−Ｓ偏光”は光が赤色でＳ偏光であることを、“Ｇ−Ｐ偏光”は光が緑色でＰ偏光であることを、“Ｇ−Ｓ偏光”は光が緑色でＳ偏光であることを、“Ｂ−Ｐ偏光”は光が青色でＰ偏光であることを、“Ｂ−Ｓ偏光”は光が青色でＳ偏光であることを、示している。
【００６９】
また、“Ｒ−Ｐｏｓ”はポジティブな赤色画像を表示することを、“Ｒ−Ｎｅｇ”はネガティブな赤色画像を表示することを、“Ｇ−Ｐｏｓ”はポジティブな緑色画像を表示することを、“Ｇ−Ｎｅｇ”はネガティブな緑色画像を表示することを、“Ｂ−Ｐｏｓ”はポジティブな青色画像を表示することを、“Ｂ−Ｎｅｇ”はネガティブな青色画像を表示することを、示している。なお、照明系１００１からの出射されるＳ偏光光、Ｐ偏光光の偏光方向は、図１におけるｘ−ｙ平面上でｘ軸と成す角がそれぞれ０度、９０度であるとする。
【００７０】
照明系１００１はＳ偏光光とＰ偏光光を時間的に交互に出射する。照明系１００１と液晶ディスプレイデバイス１００２は映像信号に同期して制御される。照明系１００１からＳ偏光光（０度）が出射される期間には、液晶ディスプレイデバイス１００２を映像信号に応じてポジティブな画像を表示するよう制御する。このとき、前述のように、投射画像はポジティブな画像となる。
【００７１】
照明系１００１からＰ偏光光（９０度）が出射される期間には、液晶ディスプレイデバイス１００２を映像信号に応じてネガティブな画像を表示するよう制御する。このとき、前述のように、投射画像はポジティブな画像となる。
【００７２】
従って、液晶ディスプレイデバイス１００２をポジティブな画像とネガティブな画像を交互に表示するように制御することによって、液晶に印加する平均電界をゼロにし、焼き付き現象を防止する一方で、それに同期して、照明系１００１から出射する直線偏光光の偏光方向を切替えることによって、常にポジティブな画像を投射することができる。
【００７３】
また、照明系１００１は赤色光、緑色光、青色光を順次出射し、それに同期して、液晶ディスプレイデバイス２は赤色画像、緑色画像、青色画像を順次表示する。これにより、投射画像がカラー画像として認識される。
【００７４】
次に、図３を参照し、本発明の液晶プロジェクタの第一実施形態における照明系の光学上の構成について説明する。図３は、図１に示す照明系１００１の光学上の構成の第一例を示す構成図である。
【００７５】
照明系１００１は直線偏光光源１０１１と光束整形光学系１０１２とからなる。直線偏光光源１０１１は複数の発光素子１１１１からなる発光素子アレイと偏光変換素子アレイ１１１２とからなる。複数の発光素子１１１１および偏光変換素子アレイ１１１２は２次元的に配置されうる。また、複数の発光素子１１１１として赤色、緑色、青色の発光素子を用いる。
【００７６】
直線偏光光源１０１１は偏光方向が互いに９０度異なる直線偏光光（Ｐ偏光光およびＳ偏光光）を時間的に交互に出射する。なお、直線偏光光源１０１１については後で詳細に説明する。直線偏光光源１０１１から出射された直線偏光光は、光束整形光学系１０１２によって、後段の液晶ディスプレイデバイス１００２を照明するのに適したように整形される。
【００７７】
つまり、光束整形光学系１０１２は、液晶ディスプレイデバイス１００２に入射する光束を、液晶ディスプレイデバイス１００２と同様の形状とサイズにする、  照度および色分布を均一にする、といった役割をもつ。
【００７８】
光束整形光学系１０１２は、インテグレータや各種レンズで構成され、公知の技術であり、例えば、特開２００１−３４３７０６号公報に記載されている。
【００７９】
次に、図４を参照し、本発明の第一実施形態における直線偏光光源の光学上の構成について説明する。図４は、図３に示す直線偏光光源１０１１の光学上の構成の第一例を示す構成図である。図４（ａ）はＳ偏光光を出射する場合について説明する図であり、図４（ｂ）はＰ偏光光を出射する場合について説明する図である。
【００８０】
まず、図４（ａ）を参照し、Ｓ偏光光を出射する場合について説明する。発光素子１１１１Ａより出射された無偏光光は、偏光ビームスプリッタ１１２１ＡによってＰ偏光光とＳ偏光光に分離される。このＳ偏光光は偏光ビームスプリッタ１１２１Ｂによって光路を曲げられ、Ｐ偏光光と平行にさせられる。偏光ビームスプリッタ１１２１Ａから出射したＰ偏光光は、１／２波長板１１２３Ａによって偏光方向を９０度変化させられ、偏光ビームスプリッタ１１２１Ａから出射したＳ偏光光と偏光方向を同じにされる。つまり、発光素子１１１１Ａより出射された無偏光光は、偏光変換素子アレイ１１１２によってＳ偏光光に変換される。
【００８１】
次に、図４（ｂ）を参照し、Ｐ偏光光を出射する場合について説明する。発光素子１１１１Ｂより出射された無偏光光は、偏光ビームスプリッタ１１２１ＢによってＰ偏光光とＳ偏光光に分離される。このＳ偏光光は偏光ビームスプリッタ１１２１Ｃによって光路を曲げられ、Ｐ偏光光と平行にさせられる。更に、このＳ偏光光は、１／２波長板１１２３Ｂによって偏光方向を９０度変化させられ、偏光ビームスプリッタ１１２１Ｂから出射したＰ偏光光と偏光方向を同じにされる。つまり、発光素子１１１１Ｂより出射された無偏光光は、偏光変換素子アレイ１１１２によってＰ偏光光に変換される。
【００８２】
以上のことから、図４に示す直線偏光光源１０１１は、発光素子１１１１Ａを発光させることにより、Ｓ偏光光を出射することができ、また、発光素子１１１１Ｂを発光させることにより、Ｐ偏光光を出射することができる。
【００８３】
なお、図４における直線偏光光源１０１１は、Ｓ偏光光およびＰ偏光光を交互に出射するための最小単位を示したものであり、発光素子を増やすことができる。発光素子１１１１Ａ、１１１１Ｂ、偏光ビームスプリッタ１１２１Ａ、１１２１Ｂ、１／２波長板１１２３Ａの要素を１ブロックとして、複数連結し、偏光ビームスプリッタ１１２１Ｃ、１／２波長板１１２３Ｂの要素で構成されるブロックで終端する。なお、偏光ビームスプリッタ１１２１Ｃは、ミラーに置換えてもよい。
【００８４】
このようにして、１次元的に発光素子を増やすことができる。こうして１次元的に連結した光源ブロックを、２次元的に並べて、直線偏光光源１０１１を更に大きくできる。
【００８５】
以上のような構成により、強誘電性液晶を用いた液晶プロジェクタにおいて、液晶に印加する平均電界をゼロにし、焼き付き現象を防止しながら、従来表示できなかったネガティブ画像をポジティブ画像に変換して表示できるようにしたために、投射画像を明るくできる。
【００８６】
次に、図５を参照し、本発明の第一実施形態における直線偏光光源の第二例について説明する。図５は、図３に示す直線偏光光源１０１１の光学上の構成の第二例を示す構成図である。図５（ａ）はＰ偏光光を出射する場合について説明する図であり、図５（ｂ）はＳ偏光光を出射する場合について説明する図である。
【００８７】
まず、図５（ａ）を参照し、Ｐ偏光光を出射する場合について説明する。発光素子１１１１Ａより出射された無偏光光は、偏光ビームスプリッタ１１２１ＡによってＰ偏光光とＳ偏光光に分離される。このＳ偏光光は偏光ビームスプリッタ１１２１Ｂによって光路を曲げられ、Ｐ偏光光と平行にさせられる。更に、このＳ偏光光は、１／２波長板１１２３によって偏光方向を９０度変化させられ、偏光ビームスプリッタ１１２１Ａから出射したＰ偏光光と偏光方向を同じにされる。つまり、発光素子１１１１Ａより出射された無偏光光は、偏光変換素子アレイ１１１２によってＰ偏光光に変換される。
【００８８】
次に、図５（ｂ）を参照し、Ｓ偏光光を出射する場合について説明する。発光素子１１１１Ｂより出射された無偏光光は、偏光ビームスプリッタ１１２１ＢによってＰ偏光光とＳ偏光光に分離される。このＳ偏光光は偏光ビームスプリッタ１１２１Ｃによって光路を曲げられ、Ｐ偏光光と平行にさせられる。偏光ビームスプリッタ１１２１Ａから出射したＰ偏光光は、１／２波長板１１２３によって偏光方向を９０度変化させられ、偏光ビームスプリッタ１１２１Ｂから出射したＳ偏光光と偏光方向を同じにされる。つまり、発光素子１１１１Ｂより出射された無偏光光は、偏光変換素子アレイ１１１２によってＳ偏光光に変換される。
【００８９】
以上のことから、図５に示す直線偏光光源１０１１は、発光素子１１１１Ａを発光させることにより、Ｐ偏光光を出射することができ、また、発光素子１１１１Ｂを発光させることにより、Ｓ偏光光を出射することができる。
【００９０】
なお、図５における直線偏光光源１０１１は、Ｓ偏光光およびＰ偏光光を交互に出射するための最小単位を示したものであり、発光素子を増やすことができる。発光素子１１１１Ａ、１１１１Ｂ、偏光ビームスプリッタ１１２１Ａ、１１２１Ｂ、１／２波長板１１２３の要素を１ブロックとして、複数連結し、偏光ビームスプリッタ１１２１Ｃの要素で構成されるブロックで終端する。なお、偏光ビームスプリッタ１１２１Ｃは、ミラーに置換えてもよい。
【００９１】
このようにして、１次元的に発光素子を増やすことができる。こうして１次元的に連結した光源ブロックを、２次元的に並べて、直線偏光光源１０１１を更に大きくできる。
【００９２】
次に、図６を参照し、本発明の液晶プロジェクタの第一実施形態おける直線偏光光源の第三例について説明する。図６は、図３に示す直線偏光光源１０１１の光学上の構成の第三例を示す構成図である。図６（ａ）はＰ偏光光を出射する場合について説明する図であり、図６（ｂ）はＳ偏光光を出射する場合について説明する図である。
【００９３】
まず、図６（ａ）を参照し、Ｐ偏光光を出射する場合について説明する。発光素子１１１１Ａより出射された無偏光光は、ミラー１１２２Ａによって光路を曲げられ、更に、偏光ビームスプリッタ１１２１によってＰ偏光光とＳ偏光光に分離される。このＰ偏光光はミラー１１２２Ｂによって光路を曲げられ、Ｓ偏光光と平行にさせられる。偏光ビームスプリッタ１１２１から出射したＳ偏光光は、１／２波長板１１２３によって偏光方向を９０度変化させられ、偏光ビームスプリッタ１１２１から出射したＰ偏光光と偏光方向を同じにされる。つまり、発光素子１１１１Ａより出射された無偏光光は、偏光変換素子アレイ１１１２によってＰ偏光光に変換される。
【００９４】
次に、図６（ｂ）を参照し、Ｓ偏光光を出射する場合について説明する。発光素子１１１１Ｂより出射された無偏光光は、偏光ビームスプリッタ１１２１によってＰ偏光光とＳ偏光光に分離される。このＳ偏光光はミラー１１２２Ｂによって光路を曲げられ、Ｐ偏光光と平行にさせられる。偏光ビームスプリッタ１１２１から出射したＰ偏光光は、１／２波長板１１２３によって偏光方向を９０度変化させられ、偏光ビームスプリッタ１１２１から出射したＳ偏光光と偏光方向を同じにされる。つまり、発光素子１１１１Ｂより出射された無偏光光は、偏光変換素子アレイ１１１２によってＳ偏光光に変換される。
【００９５】
以上のことから、図６に示す直線偏光光源１０１１は、発光素子１１１１Ａを発光させることにより、Ｐ偏光光を出射することができ、また、発光素子１１１１Ｂを発光させることにより、Ｓ偏光光を出射することができる。
【００９６】
なお、図６における直線偏光光源１０１１は、Ｓ偏光光およびＰ偏光光を交互に出射するための最小単位を示したものであり、発光素子を増やすことができる。発光素子１１１１Ａ、１１１１Ｂ、偏光ビームスプリッタ１１２１、ミラー１１２２Ａ、１／２波長板１１２３の要素を１ブロックとして、複数連結し、ミラー１１２２Ｂの要素で終端する。このようにして、１次元的に発光素子を増やすことができる。こうして１次元的に連結した光源ブロックを、２次元的に並べて、直線偏光光源１０１１を更に大きくできる。
【００９７】
次に、図７を参照し、本発明の液晶プロジェクタの第一実施形態における照明系の第二例について説明する。図７は、図１に示す照明系１００１の光学上の構成の第二例を示す構成図である。
【００９８】
図７に示すように、照明系１００１Ｂは、直線偏光光源１０１１Ｒ、１０１１Ｇ、１０１１Ｂ、色合成光学系１０１３、光束整形光学系１０１２Ｂにより構成される。
【００９９】
直線偏光光源１０１１Ｒ、１０１１Ｇ、１０１１Ｂは、複数の発光素子と偏光変換素子アレイとからなり、前述した図３における直線偏光光源１０１１と同様の構造である。但し、直線偏光光源１０１１Ｒ、１０１１Ｇ、１０１１Ｂは、それぞれ赤色、緑色、青色の発光素子を用いる。
【０１００】
直線偏光光源１０１１Ｒ、１０１１Ｇ、１０１１Ｂのそれぞれが、偏光方向が互いに９０度異なる直線偏光光を時間的に交互に出射する。色合成光学系１０１３は直線偏光光源１０１１Ｒ、１０１１Ｇ、１０１１Ｂのそれぞれから出射された赤色、緑色、青色の光の経路を一本化し、光束整形光学系１０１２Ｂに入射する。
【０１０１】
光束整形光学系１０１２Ｂは、入射光を後段の液晶ディスプレイデバイス１００２を照明するのに適したように整形する。色合成光学系１０１３は、ダイクロイックプリズムやダイクロイックミラーなどで構成でき、公知の技術である。光束整形光学系１０１２Ｂは、インテグレータや各種レンズで構成することができ、公知の技術である。
【０１０２】
次に、図８を参照し、本発明の液晶プロジェクタの第一実施形態の別の例について説明する。図８は、本発明の液晶プロジェクタの第一実施形態の別の例の光学上の構成を示す構成図である。
【０１０３】
図８に示す本発明の液晶プロジェクタの第一実施形態の別の例は、照明系１００１、液晶ディスプレイデバイス１００２Ｂ、偏光フィルター１００３、投射光学系１００４からなり、図１に示す本発明の液晶プロジェクタの第一実施形態とは、液晶ディスプレイデバイスが異なっており、１００２Ｂになっている。その他構成は同様であり、各構成要素の動作は前述と同様である。
【０１０４】
すなわち、図１の第一実施形態における液晶ディスプレイデバイス１００２は透過型であり、図８の第一実施形態の別の例における液晶ディスプレイデバイス１００２Ｂは反射型である。すなわち、本発明の第一実施形態においては、透過型または反射型のどちらの液晶ディスプレイデバイスも使用することが可能である。
【０１０５】
以上の説明では、  液晶ディスプレイデバイスを１個用いて、  赤色画像、緑色画像、青色画像を順次投射してカラー表示する例について説明したが、液晶ディスプレイデバイスを３個用いて、赤色画像、緑色画像、青色画像をダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムによって合成してカラー表示する場合にも本発明は適用でき得ることは明らかである。
【０１０６】
次に、本発明の液晶プロジェクタの第二実施形態を詳細に説明する。図９は、本発明の液晶プロジェクタの第二実施形態の光学上の構成を示す構成図である。図９を参照し、本発明の液晶プロジェクタの第二実施形態の光学上の構成を説明する。
【０１０７】
偏光ビームスプリッタ２はＰ偏光光を直進させ、Ｓ偏光光の光路を９０度曲げる光学素子である。以降の説明において、Ｐ偏光、Ｓ偏光とはそれぞれ偏光ビームスプリッタ２においてＰ偏光光、Ｓ偏光光となる直線偏光光の振動方向を示す。
【０１０８】
照明手段１（照明系）は電界の振動方向が互いに９０度異なる直線偏光光（Ｐ偏光光およびＳ偏光光）の光を時間的に交互に出射し、その光を偏光ビームスプリッタ２に入射させる。なお、照明手段１については後で詳細に説明する。
【０１０９】
反射型液晶ディスプレイデバイス３は偏光ビームスプリッタ２を通過したＰ偏光光を入射し、映像信号に応じて制御された割合のＰ偏光光とＳ偏光光を出射する。反射型液晶ディスプレイデバイス３より出射された光のうち、Ｐ偏光光は偏光ビームスプリッタ２を直進して投射光学系５へは向かわず、Ｓ偏光光は偏光ビームスプリッタ２で曲げられ投射光学系５へ向かう。つまり、反射型液晶ディスプレイデバイス３はＰ偏光光を変調して、Ｓ偏光光を画像光として出射する。
【０１１０】
反射型液晶ディスプレイデバイス４は偏光ビームスプリッタ２を通過したＳ偏光光を入射し、映像信号に応じて制御された割合のＰ偏光光とＳ偏光光を出射する。反射型液晶ディスプレイデバイス４より出射された光のうち、Ｐ偏光光は偏光ビームスプリッタ２を直進して投射光学系５へ向かい、Ｓ偏光光は偏光ビームスプリッタ２で曲げられ投射光学系５へは向かわない。つまり、反射型液晶ディスプレイデバイス４はＳ偏光光を変調して、Ｐ偏光光を画像光として出射する。
【０１１１】
偏光ビームスプリッタ２を通過して投射光学系５に達した光は、画像光として、図示されていないスクリーンに投射される。
【０１１２】
次に、図１０を参照し、図９に示す液晶プロジェクタの第二実施形態の制御について説明する。図１０は、図９に示す本発明の液晶プロジェクタの第二実施形態の制御の状況を示すタイミングチャートである。
【０１１３】
図１０において、“Ｒ−Ｐ偏光”は光が赤色でＰ偏光光であることを、“Ｒ−Ｓ偏光”は光が赤色でＳ偏光光であることを、“Ｇ−Ｐ偏光”は光が緑色でＰ偏光光であることを、“Ｇ−Ｓ偏光”は光が緑色でＳ偏光光であることを、“Ｂ−Ｐ偏光”は光が青色でＰ偏光光であることを、“Ｂ−Ｓ偏光”は光が青色でＳ偏光光であることを、“ＯＮ”は光があることを、“ＯＦＦ”は光がないことを、示している。また、“Ｒ−Ｐｏｓ”はポジティブな赤色画像を表示することを、“Ｒ−Ｎｅｇ”はネガティブな赤色画像を表示することを、“Ｇ−Ｐｏｓ”はポジティブな緑色画像を表示することを、“Ｇ−Ｎｅｇ”はネガティブな緑色画像を表示することを、“Ｂ−Ｐｏｓ”はポジティブな青色画像を表示することを、“Ｂ−Ｎｅｇ”はネガティブな青色画像を表示することを示している。
【０１１４】
照明手段１はＰ偏光光とＳ偏光光を時間的に交互に出射する。照明手段１と反射型液晶ディスプレイデバイス３、４は映像信号に同期して制御される。
【０１１５】
照明手段１からＰ偏光光が出射される期間に、反射型液晶ディスプレイデバイス３は映像信号に応じたポジティブな画像を表示し、反射型液晶ディスプレイデバイス４は映像信号に応じたネガティブな画像を表示するよう制御される。
【０１１６】
照明手段１からＳ偏光光が出射される期間に、反射型液晶ディスプレイデバイス３は映像信号に応じたネガティブな画像を表示し、反射型液晶ディスプレイデバイス４は映像信号に応じたポジティブな画像を表示するよう制御される。
【０１１７】
照明手段１からの光のうち、反射型液晶ディスプレイデバイス３に入射されるのはＰ偏光光のみであり、反射型液晶ディスプレイデバイス４に入射されるのはＳ偏光光のみである。
【０１１８】
従って、投射光学系５が出射するのは、反射型液晶ディスプレイデバイス３および４が表示するポジティブな画像光のみであり、ネガティブな画像光は投射されない。
【０１１９】
以上のような構成により、液晶に印加する平均電界をゼロにし、イオンの偏在を避け、焼き付き現象を防止することができ、しかも、画像を暗くすることがない。
【０１２０】
また、照明手段１は赤色光、緑色光、青色光を順次出射し、それに同期して、反射型液晶ディスプレイデバイス３および４は赤色画像、緑色画像、青色画像を順次表示する。これにより、投射画像がカラー画像として認識される。
【０１２１】
図１１は、図９に示す照明手段１の光学上の構成を示す構成図である。図１１を参照し、本発明の第二実施形態における照明手段１の光学上の構成について説明する。
【０１２２】
光源１０より出射された光は、出射光路切替え手段２０により、Ｐ偏光統一手段３１へ向かう方向か、Ｓ偏光統一手段３２に向かう方向かに進行方向が切替えられる。Ｐ偏光統一手段３１に入射した無偏光の光はＰ偏光光に揃えられる。Ｓ偏光統一手段３２に入射した無偏光の光はＳ偏光光に揃えられる。
【０１２３】
合成光学系４０は、Ｐ偏光統一手段３１からのＰ偏光光およびＳ偏光統一手段３２からのＳ偏光光を入射し、Ｐ偏光光およびＳ偏光光を同一光路に出射する。Ｐ偏光統一手段３１およびＳ偏光統一手段３２は、特開平６−２８９３８７号公報に記載の発明である照明光学系及び投射型表示装置に開示されているものが使用できる。
【０１２４】
次に、照明手段１における個々の構成ブロックについて説明する。光源１０は、白色光源１１と色切替え手段１２とを有する。白色光源１１より出射された白色光は、色切替え手段１２によって、赤色光、緑色光、青色光に順次変換される。色切替え手段１２は、カラーホイールを用いて構成することができる。
【０１２５】
図１２は、色切替え手段１２に用いられるカラーホイールの構造図である。カラーホイールは、波長選択性のある複数の領域（ＦＲ、ＦＧ、ＦＢ）を有する円板を回転させ、光が通過する領域を切替えることによって、色を切替える。
【０１２６】
図１１を参照し、出射光路切替え手段２０および合成光学系４０の構成を詳細に説明する。出射光路切替え手段２０は、ミラーの角度を制御できる傾斜式可動ミラー２１によって構成できる。
【０１２７】
合成光学系４０は、偏光ビームコンバイナ４３と、固定ミラー４１および４２とで構成できる。偏光ビームコンバイナ４３はＰ偏光光を直進させ、Ｓ偏光光の光路を９０度曲げる光学素子である。偏光ビームコンバイナ４３は、Ｐ偏光統一手段３１からのＰ偏光光を固定ミラー４１によって入射して直進させ、Ｓ偏光統一手段３２からのＳ偏光光を固定ミラー４２によって入射して光路を９０度曲げ、Ｐ偏光光およびＳ偏光光を同一光路に出射する。
【０１２８】
図１３は、図１１に示す照明手段１の制御の状況を示すタイミングチャートである。図１３を参照し、図１１に示す照明手段１の制御について説明する。
【０１２９】
図１３において、“Ｒ”は光が赤色であることを、“Ｇ”は光が緑色であることを、“Ｂ”は光が青色であることを、“反射”は反射によって光路が曲げられることを、“透過”は光が直進することを、“ＯＮ”は光があることを、“ＯＦＦ”は光がないことを、示している。また、“Ｒ−Ｐ偏光”は光が赤色でＰ偏光光であることを、“Ｒ−Ｓ偏光”は光が赤色でＳ偏光光であることを、“Ｇ−Ｐ偏光”は光が緑色でＰ偏光光であることを、“Ｇ−Ｓ偏光”は光が緑色でＳ偏光光であることを、“Ｂ−Ｐ偏光”は光が青色でＰ偏光光であることを、“Ｂ−Ｓ偏光”は光が青色でＳ偏光光であることを、示している。
【０１３０】
光源１０は赤色光、緑色光、青色光を順次出射する。出射光路切替え手段２０は、入射光を反射させたり透過させたりして、光路を切替える。光源１０と出射光路切替え手段２０は映像信号に同期して制御される。
【０１３１】
Ｐ偏光統一手段３１は、出射光路切替え手段２０で反射した光を入射し、Ｐ偏光光に統一する。Ｓ偏光統一手段３２は、出射光路切替え手段２０で透過した光を入射し、Ｓ偏光光に統一する。Ｐ偏光統一手段３１とＳ偏光統一手段３２とには光が交互に入射されるので、照明手段１からはＰ偏光光とＳ偏光光とが交互に出射される。
【０１３２】
次に、図面を参照し、出射光路切替え手段の別の実施の形態について説明する。図１４は、出射光路切替え手段２０Ｂの光学上の構成を示す構成図である。図１１における出射光路切替え手段２０は、図１４に示す出射光路切替え手段２０Ｂに置換えることができる。
【０１３３】
出射光路切替え手段２０Ｂは、回転式可動ミラー２２を用いて構成することができる。図１５は、回転式可動ミラー２２の構造を示す構造図である。回転式可動ミラー２２は、光を透過する領域ＡＴと反射する領域ＡＲを有する円板を回転させることによって、入射光を反射させたり透過させたりして、光路を切替える。
【０１３４】
次に、図面を参照し、合成光学系の別の実施の形態について説明する。図１６は、合成光学系４０Ｂの光学上の構成を示す構成図である。図１１における合成光学系４０は図１６に示す合成光学系４０Ｂに置換えることができる。
【０１３５】
合成光学系４０Ｂは、回転式可動ミラー４４と、固定ミラー４１および４２とで構成することができる。回転式可動ミラー４４は、前述した出射光路切替え手段２０Ｂに使用した図１５に示す回転式可動ミラー２２を用いて構成することができる。すなわち、回転式可動ミラー４４は、光を透過する領域ＡＴと反射する領域ＡＲを有する円板を回転させることによって、入射光路を切替えて、光路を統一化する。
【０１３６】
次に、図面を参照し、合成光学系４０Ｂを用いた照明手段の制御について説明する。図１７は、図１６に示す合成光学系４０Ｂを用いた照明手段の制御の状況を示すタイミングチャートである。
【０１３７】
図１７の中における“Ｒ”、“Ｇ”、“Ｂ”などの表示は、前述の図１３の中における表示と同様の意味を示す。
【０１３８】
光源１０は赤色光、緑色光、青色光を順次出射する。出射光路切替え手段２０は、入射光を反射させたり透過させたりして、光路を切替える。光源１０と出射光路切替え手段２０は映像信号に同期して制御される。
【０１３９】
Ｐ偏光統一手段３１は、出射光路切替え手段２０で反射した光を入射し、Ｐ偏光光に統一する。Ｓ偏光統一手段３２は、出射光路切替え手段２０で透過した光を入射し、Ｓ偏光光に統一する。
【０１４０】
合成光学系４０Ｂの回転式可動ミラー４４は、出射光路切替え手段２０と同期して制御され、出射光路切替え手段２０が反射の時、回転式可動ミラー４４は透過とし、出射光路切替え手段２０が透過の時、回転式可動ミラー４４は反射とする。
【０１４１】
Ｐ偏光統一手段３１とＳ偏光統一手段３２とには光が交互に入射されるので、照明手段１からはＰ偏光光とＳ偏光光とが交互に出射される。
【０１４２】
図１７に示すように、出射光路切替え手段２０と回転式可動ミラー４４とは反射と透過のタイミングが逆である。従って、出射光路切替え手段２０Ｂにおける回転式可動ミラー２２と合成光学系４０Ｂにおける回転式可動ミラー４４とを一体化することが可能である。
【０１４３】
次に、図面を参照し、照明手段の別の実施の形態について説明する。図１８は、照明手段１Ｂの光学上の構成を示す構成図である。図１１における照明手段１を図１８に示す照明手段１Ｂに置換えることができる。回転式可動ミラー２３は、回転式可動ミラー２２および回転式可動ミラー４４の役割を兼ね、回転式可動ミラー２３の構造は、図１５に示した回転式可動ミラー２２と同様の構造である。
【０１４４】
以上の説明では、赤色画像、緑色画像、青色画像を順次投射してカラー表示する例について説明したが、赤色画像、緑色画像、青色画像をダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムによって合成してカラー表示する場合にも本発明は適用でき得ることは明らかである。
【０１４５】
以上説明したように、本発明の第二実施形態による液晶プロジェクタにおいては、Ｓ偏光光の画像光とＰ偏光光の画像光が交互に出射される。また、Ｓ偏光光の画像光を作るのは反射型液晶ディスプレイデバイス３であり、Ｐ偏光光の画像光を作るのは反射型液晶ディスプレイデバイス４である。従って、本発明の第二実施形態の液晶プロジェクタを用いて立体映像を表示することが容易である。
【０１４６】
本発明の第二実施形態の液晶プロジェクタで立体映像を表示する方法について説明する。本発明の第二実施形態の液晶プロジェクタに両眼視差を考慮した左眼用映像信号と右眼用映像信号を入力し、反射型液晶ディスプレイデバイス３で左眼用の画像を作り、反射型液晶ディスプレイデバイス４で右眼用の画像を作り、スクリーンに画像を投射する。このスクリーンに投射された画像を、左眼側がＰ偏光光を遮る偏光素子で、右眼側がＳ偏光光を遮る偏光素子からなる偏光眼鏡を通して見る。これにより、Ｐ偏光光の右眼用画像は左眼に入らず、Ｓ偏光光の左眼用画像は右眼に入らないため、両眼視差によって立体認識することができる。
【０１４７】
次に、別の立体映像を表示する方法について説明する。本発明の液晶プロジェクタに両眼視差を考慮した左眼用映像信号と右眼用映像信号を入力し、反射型液晶ディスプレイデバイス３で左眼用の画像を作り、反射型液晶ディスプレイデバイス４で右眼用の画像を作り、スクリーンに画像を投射する。
【０１４８】
このスクリーンに投射された画像を、右眼の視線と左眼の視線を交互に遮るシャッタ眼鏡を通して見る。液晶プロジェクタより投射される左右眼用の画像の切替えとシャッタ眼鏡の左右眼のシャッタとを同期させることにより、右眼用画像は左眼に入らず、左眼用画像は右眼に入らないようにでき、両眼視差によって立体認識することができる。この際に用いるシャッタ眼鏡は、偏光を制御する液晶シャッタ方式でも、偏光によらない機械的なシャッタ方式でもよい。
【０１４９】
偏光によらないシャッタ方式を用いる場合は、偏光状態は立体映像表示には関係ないので、偏光ビームスプリッタ２より後ろの光路に１／４波長板を挿入してもよい。これにより、直線偏光は円偏光になるので、スクリーンなどの偏光依存性の影響を低減し、映像品質を良くすることができる。
【０１５０】
なお、以上のような立体映像表示のために用いる液晶プロジェクタの場合、液晶ディスプレイデバイスはＴＮ液晶であっても強誘電性液晶であってもよい。
【０１５１】
また、本発明の第一実施形態において、照明系１００１や１００１Ｂの替わりに、本発明の第二実施形態で述べた照明手段１や１Ｂを用いることができる。
【０１５２】
さらに、本発明の第二実施形態において、照明手段１や１Ｂの替わりに、本発明の第一実施形態で述べた照明系１００１や１００１Ｂを用いることができる。
【０１５３】
なお、上述した実施形態は本発明の好適な実施の形態であり、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。
【０１５４】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の第一実施形態によれば、本発明の液晶プロジェクタは、次のような効果を奏する。
【０１５５】
すなわち、強誘電性液晶を用いた本発明の液晶プロジェクタにおいて、投射画像の明るさを犠牲にすることなく、焼き付き現象を防止できる。その理由は、液晶ディスプレイデバイスをポジティブな画像とネガティブな画像を交互に表示するように制御することによって、液晶に印加する平均電界をゼロにし、焼き付き現象を防止する一方で、それに同期して、液晶ディスプレイデバイスを照明する直線偏光光の偏光方向を切替えることによって、従来表示できなかったネガティブな画像をポジティブな画像に変換して表示できるようにしたためである。
【０１５６】
また、本発明の第二実施形態によれば、本発明の液晶プロジェクタは、次のような効果を奏する。
【０１５７】
第一の効果として、強誘電性液晶を用いた本発明の液晶プロジェクタにおいて、投射画像の明るさを犠牲にすることなく、焼き付き現象を防止できる。その理由は、２つの液晶ディスプレイデバイスからの画像光を交互に投射させるようにし、画像光を投射しない期間に、ネガティブな電界を液晶に印加して、液晶に印加される平均電界がゼロになるようにしたことによる。
【０１５８】
第二の効果として、本発明の液晶プロジェクタを偏光眼鏡と併用することにより、立体映像を表示することができる。その理由は、２つの液晶ディスプレイデバイスを用い、それぞれ左眼用のＳ偏光光の画像光および右眼用のＰ偏光光の画像光を作るようにしたことによる。
【０１５９】
第三の効果として、本発明の液晶プロジェクタをシャッタ眼鏡と併用することにより、立体映像を表示することができる。その理由は、２つの液晶ディスプレイデバイスを用い、それぞれから左眼用画像光および右眼用画像光を交互に投射させるようにしたことによる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶プロジェクタの第一実施形態の光学上の構成を示す構成図である。
【図２】図１に示す本発明の液晶プロジェクタの第一実施形態の制御の状況を示すタイミングチャートである。
【図３】図１に示す照明系の光学上の構成の第一例を示す構成図である。
【図４】図３に示す直線偏光光源の光学上の構成の第一例を示す構成図である。
【図５】図３に示す直線偏光光源の光学上の構成の第二例を示す構成図である。
【図６】図３に示す直線偏光光源の光学上の構成の第三例を示す構成図である。
【図７】図１に示す照明系の光学上の構成の第二例を示す構成図である。
【図８】本発明の液晶プロジェクタの第一実施形態の別の例の光学上の構成を示す構成図である。
【図９】本発明の液晶プロジェクタの第二実施形態の光学上の構成を示す構成図である。
【図１０】図９に示す本発明の液晶プロジェクタの第二実施形態の制御の状況を示すタイミングチャートである。
【図１１】図９に示す照明手段の光学上の構成を示す構成図である。
【図１２】図１１示す色切替え手段に用いられるカラーホイールの構造図である。
【図１３】図１１に示す照明手段の制御の状況を示すタイミングチャートである。
【図１４】図１１に示す出射光路切替え手段とは別の出射光路切替え手段の光学上の構成を示す構成図である。
【図１５】図１４に示す出射光路切替え手段に使用される回転式可動ミラーの構造を示す構造図である。
【図１６】図１１に示す合成光学系とは別の合成光学系の光学上の構成を示す構成図である。
【図１７】図１６に示す合成光学系を用いた照明手段の制御の状況を示すタイミングチャートである。
【図１８】図１１に示す照明手段とは別の照明手段の光学上の構成を示す構成図である。
【図１９】従来の液晶プロジェクタの第一例の光学上の構成を示す構成図である。
【図２０】図１９に示す直線偏光光源の光学上の構成を示す構成図である。
【図２１】図１９に示す従来の液晶プロジェクタの第一例の制御の状況を示すタイミングチャートである。
【図２２】従来の液晶プロジェクタの第二例の光学上の構成を示す構成図である。
【図２３】図２２に示す従来の液晶プロジェクタの第二例の制御の状況を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１、１Ｂ  照明手段
２、１１２１、１１２１Ａ、１１２１Ｂ、１１２１Ｃ  偏光ビームスプリッタ
３、４  反射型液晶ディスプレイデバイス
５、１００４  投射光学系
１０  光源
１１  白色光源
１２  色切替え手段
２０、２０Ｂ  出射光路切替え手段
２１  傾斜式可動ミラー
２２、２３、４４  回転式可動ミラー
３１  Ｐ偏光統一手段
３２  Ｓ偏光統一手段
４０、４０Ｂ、合成光学系
４１、４２  固定ミラー
４３  偏光ビームコンバイナ
１００１、１００１Ｂ  照明系
１００２、１００２Ｂ  液晶ディスプレイデバイス
１００３  偏光フィルター
１０１１、１０１１Ｒ、１０１１Ｇ、１０１１Ｂ  直線偏光光源
１０１２、１０１２Ｂ  光束整形光学系
１０１３  色合成光学系
１１１１、１１１１Ａ、１１１１Ｂ  発光素子
１１１２  偏光変換素子アレイ
１１２２Ａ、１１２２Ｂ  ミラー
１１２３、１１２３Ａ、１１２３Ｂ  １／２波長板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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