(57)【要約】【課題】投写像が明るく、且つ白黒のコントラストを高く表示することが可能な反射型の液晶投射装置を提供する。【解決手段】光源２からの光を、入射側偏光手段１６Ａに通過させた後に反射型の液晶素子部８に入射し、該液晶素子部からの反射光を前記入射側偏光手段とはクロスニコルの関係に配置される反射側偏光手段１６Ｂに通過させた後にスクリーンに投写させるようにした反射型の液晶投影装置において、前記液晶素子部と、前記入射側偏光手段及び前記反射側偏光手段との間に、面内方向に異方性が無く、且つ厚さ方向の屈折率が前記面内方向の屈折率よりも小さくなされた位相差補償板１８を介在させるように構成する。これにより、投写像が明るく、且つ白黒のコントラストを高く表示する。【選択図】　図１
2004046069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源から出射した光のうち、第１の偏光光を通過させる入射側偏光手段と、前記入射側偏光手段を通過した前記第１の偏光光を第２の偏光光に光変調すると共に反射する反射型液晶素子部と、前記反射型液晶素子部で反射された前記第２の偏光光を通過させる反射側偏光手段と、からなり、前記反射側偏光手段を通過した前記第２の偏光光により前記反射型液晶素子部に形成された画像をスクリーンに投射させる反射型の液晶投影装置において、
前記反射型液晶素子部と前記入射側偏光手段及び前記反射側偏光手段との間にあって、かつ前記光源から出射した光の光路中に、面内で異方性が無く、かつ厚さ方向の屈折率が前記面内方向の屈折率よりも小さい位相差補償板を、前記反射型液晶素子部に対してわずかに傾けて配置したことを特徴とする反射型の液晶投影装置。
【請求項２】
光源と、前記光源から出射した光のうち、第１の偏光光を通過させる入射側偏光手段と、前記入射側偏光手段を通過した前記第１の偏光光を第２の偏光光に光変調すると共に反射する反射型液晶素子部と、前記反射型液晶素子部で反射された前記第２の偏光光を通過させる反射側偏光手段と、からなり、前記反射側偏光手段を通過した前記第２の偏光光により前記反射型液晶素子部に形成された画像をスクリーンに投射させる反射型の液晶投影装置において、
前記反射型液晶素子部と前記入射側偏光手段及び前記反射側偏光手段との間にあって、かつ前記光源から出射した光の光路中に、黒表示に使用する印加電圧で発生する位相差よりも大きい位相差が発生する屈折率差を面内に有し、かつ面内の屈折率よりも厚さ方向の屈折率が小さい位相差補償板を設けたことを特徴とする反射型の液晶投影装置。
【請求項３】
光源と、前記光源から出射した光のうち、第１の偏光光を通過させる入射側偏光手段と、前記入射側偏光手段を通過した前記第１の偏光光を第２の偏光光に光変調すると共に反射する反射型液晶素子部と、前記反射型液晶素子部で反射された前記第２の偏光光を通過させる反射側偏光手段と、からなり、前記反射側偏光手段を通過した前記第２の偏光光により前記反射型液晶素子部に形成された画像をスクリーンに投射させる反射型の液晶投影装置において、
前記反射型液晶素子部と前記入射側偏光手段及び前記反射側偏光手段との間にあって、且つ前記光源から出射した光の光路中に、円偏光または楕円偏光とする位相差補償板を設け、前記位相差補償板の位相差は、入力光の中心波長をλとした時に前記反射型液晶素子部で発生する位相差以上で且つλ／４以下であることを特徴とする反射型の液晶投影装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型の液晶投影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、反射型の液晶投影装置としては、例えば図２２に示すような構造のものが知られている。図示するように、この従来の液晶投影装置は、ランプなどの光源２、平行光を作る平行光レンズ４、偏光ビームスプリッタ６、画像信号に応じて偏向光を変調させる反射型の液晶素子部８、反射光の内で上記偏光ビームスプリッタ６を通過した光をスクリーン１２上に投射させる投射レンズ１０とより主になる。
この装置において、光源２からの光は平行光レンズ４にて略平行光にされた後、偏光ビームスプリッタ６にて直線偏光となって、液晶素子部８へ照射される。この後、この液晶素子部８にて画像信号Ｓ１により変調された光は反射し、この反射光は再度、上記偏光ビームスプリッタ６へ入射して特定の成分が分離され、この光が投射レンズ１０によってスクリーン１２上に投射されることによって映像が写し出される。この投影装置の光源系は、偏光ビームスプリッタ６と液晶素子部８との間では往復する光が同じ光路を通るのでＯＮ−ＡＸＩＳ光学系と称している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなＯＮ−ＡＸＩＳ光学系の場合には、偏光ビームスプリッタを使うため、その偏光ビームスプリッタの性質から、斜め光の偏光状態が変化してしまう現象があり、これによって光が漏れて黒表示を良好にすることが困難になるといった欠点があった。
そこで、上記欠点を解決するために、偏光ビームスプリッタ６と液晶素子部８との間の光路に、１／４波長（λ）板を介在させることによって黒レベルを補正して良好な黒表示を得ることが行われている。
【０００４】
ところで、この種の投影装置ではスクリーン１２上で明るい表示を行うためにＮＡ（開口数）の大きな投射レンズ１０が用いられる傾向にあるが、ＮＡを大きくすると投射レンズ１０のＦ数が小さくなって、投射像を明るくできるが、偏光ビームスプリッタ６での光の損失も大きくなり、期待するほど明るくならないという問題があった。さらに、ＮＡが大きくなると液晶素子部８の液晶層に斜めに通る光も映像に使用することになって、白黒のコントラストが低下する、といった問題があり、更に、これに加えて、上記した１／４波長板の角度調整も非常に厳しくなり、例えば僅か０．１度程度の微妙な角度調整が必要になって、調整が困難になる、といった問題があった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、投射像が明るく、且つ白黒のコントラストを高く表示することが可能な反射型の液晶投射装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、光源と、前記光源から出射した光のうち、第１の偏光光を通過させる入射側偏光手段と、前記入射側偏光手段を通過した前記第１の偏光光を第２の偏光光に光変調すると共に反射する反射型液晶素子部と、前記反射型液晶素子部で反射された前記第２の偏光光を通過させる反射側偏光手段と、からなり、前記反射側偏光手段を通過した前記第２の偏光光により前記反射型液晶素子部に形成された画像をスクリーンに投射させる反射型の液晶投影装置において、前記反射型液晶素子部と前記入射側偏光手段及び前記反射側偏光手段との間にあって、かつ前記光源から出射した光の光路中に、面内で異方性が無く、かつ厚さ方向の屈折率が前記面内方向の屈折率よりも小さい位相差補償板を、前記反射型液晶素子部に対してわずかに傾けて配置したことを特徴とする反射型の液晶投影装置である。
【０００６】
請求項２に係る発明は、光源と、前記光源から出射した光のうち、第１の偏光光を通過させる入射側偏光手段と、前記入射側偏光手段を通過した前記第１の偏光光を第２の偏光光に光変調すると共に反射する反射型液晶素子部と、前記反射型液晶素子部で反射された前記第２の偏光光を通過させる反射側偏光手段と、からなり、前記反射側偏光手段を通過した前記第２の偏光光により前記反射型液晶素子部に形成された画像をスクリーンに投射させる反射型の液晶投影装置において、前記反射型液晶素子部と前記入射側偏光手段及び前記反射側偏光手段との間にあって、かつ前記光源から出射した光の光路中に、黒表示に使用する印加電圧で発生する位相差よりも大きい位相差が発生する屈折率差を面内に有し、かつ面内の屈折率よりも厚さ方向の屈折率が小さい位相差補償板を設けたことを特徴とする反射型の液晶投影装置である。
請求項３に係る発明は、光源と、前記光源から出射した光のうち、第１の偏光光を通過させる入射側偏光手段と、前記入射側偏光手段を通過した前記第１の偏光光を第２の偏光光に光変調すると共に反射する反射型液晶素子部と、前記反射型液晶素子部で反射された前記第２の偏光光を通過させる反射側偏光手段と、からなり、前記反射側偏光手段を通過した前記第２の偏光光により前記反射型液晶素子部に形成された画像をスクリーンに投射させる反射型の液晶投影装置において、前記反射型液晶素子部と前記入射側偏光手段及び前記反射側偏光手段との間にあって、且つ前記光源から出射した光の光路中に、円偏光または楕円偏光とする位相差補償板を設け、前記位相差補償板の位相差は、入力光の中心波長をλとした時に前記反射型液晶素子部で発生する位相差以上で且つλ／４以下であることを特徴とする反射型の液晶投影装置である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る反射型の液晶投影装置の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
＜第１実施の形態＞
図１は本発明の反射型の液晶投影装置の第１実施の形態を示す概略構成図、図２は第１の位相差補償板を示す平面図、図３は第１の位相差補償板の配置方向と液晶分子の方向との関係を示す図、図４は第１の位相差補償板の傾斜状態を説明する説明図、図５は図１に示す光学配置において液晶素子部に電圧をかけない際に観察される黒レベルの視野角依存性を示すグラフである。尚、図２２に示した構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付して説明する。また、偏光手段として本願の発明では偏光板を用いた場合について説明する。
【０００８】
この第１実施の形態の特徴は、偏光ビームスプリッタを用いないで、液晶素子部に対する往復光の光路が異なる、いわゆるＯＦＦ−ＡＸＩＳ光学系を採用し、そして、液晶分子は長軸方向に大きな屈折率を持つため、これを光学的に補償するために、円盤状の液晶分子が積み重なって柱のようになっているディスコティック液晶の様な、平板の且つ、軸方向の屈折率が小さい補償板を用い、液晶分子は斜め方向に傾いていることからこれを完全に補償するために、上記補償板を光学系の中に僅かに傾いた状態で挿入し、これにより、理想的な光学補償を行うようにした点にある。
【０００９】
図１に示すように、この第１実施の形態の反射型の液晶投影装置１４は、ランプなどの光源２、この光源２から出射する光から平行光を形成する平行光レンズ４、偏光板ユニット１６、画像信号Ｓ１により多数の画素に対応する液晶の方向を制御する反射型液晶素子部８、上記液晶素子部８からの反射光をスクリーン１２上に投射する投射レンズ１０及び本発明の特徴とする第１の位相差補償板１８とにより主に構成されている。本実施の形態では、上記液晶素子部８としては、液晶分子が垂直配列されたものを用いている。
具体的には、この液晶投影装置１４は、ＯＦＦ−ＡＸＩＳ光学系の構造であることから、上記液晶素子部８には、この平面に対する垂直方向からある程度の角度α１だけ傾いた方向から光を入射させており、従って、入射光と反射光との光路が互いに異なるようになっている。尚、この角度α１は２度〜４５度の範囲内である。
【００１０】
そして、上記偏光板ユニット１６は、図２にも示すように、上記液晶素子部８へ向かう入射光が通る入射側偏光板１６Ａと、上記液晶素子部８からの反射光が通る反射側偏光板１６Ｂとを配置してなり、両者の光学的特性を互いに異ならせている。ここでは、例えば入射側偏光板１６ＡはＳ偏光のみを通し、これに対して、反射側偏光板１６ＢはＰ偏光のみを通すように設定されている。尚、このＳ偏光とＰ偏光の関係が逆になるように偏光板１６Ａ、１６Ｂを設定してもよい。そして、この偏光板ユニット１６は、上記液晶素子部８に対して平行に配置されている。尚、両偏光板１６Ａ、１６Ｂを分離して配置してもよいのは勿論である。
そして、この偏光板ユニット１６と上記液晶素子部８との間の光路途中に上記第１の位相差補償板１８を、上記液晶素子部８の平面方向に対して僅かな角度θだけ傾斜させて介在させている。この第１の位相差補償板１８は、面内方向には異方性が無く、且つ厚さ方向の屈折率が前記面内方向の屈折率よりも小さくなされている。換言すれば、この第１の位相差補償板１８は、面内方向においてはどの方向でも屈折率Ｎは同じように設定されており、且つこの屈折率は厚さ方向の屈折率Ｎｚよりも大きく（Ｎ＞Ｎｚ）設定されている。
【００１１】
このような第１の位相差補償板１８として、例えばディスコティック液晶やＴＡＣ（トリアセチルセルロース）フィルム等を用いることができる。
ここで第１の位相差補償板１８の厚さＨ１は、次の式のように設定される。
Ｈ１＝Δｎ・ｄ／（面内方向の屈折率−厚さ方向の屈折率）
Δｎ：液晶素子部８の液晶の長軸方向と短軸方向の屈折率の差
ｄ：液晶素子部８の液晶セルの厚さ
例えば、液晶の長軸方向と短軸方向の屈折率の差Δｎが０．０８３、液晶セルの厚さｄが３．２μｍ、第１の位相差補償板１８の面内方向の屈折率を１．５２２５０、第１の位相差補償板１８の厚さ方向の屈折率を１．５１５８６とした場合、この第１の位相差補償板１８の厚さＨ１は略４０μｍとなる。
【００１２】
そして、ここでは厚さＨ１が４０μｍになされた第１の位相差補償板１８を用いる。更にこの場合、上記第１の位相差補償板１８は、実際には図３及び図４にも示すように、上記液晶素子部８内の液晶分子８Ａは垂直方向に対して僅かな角度θ１だけ傾いて配列されており、この液晶分子８Ａの傾き方向に対して垂直となるように上記第１の位相差補償板１８は配置されている。尚、この時、この液晶分子８Ａと水平方向とがなす角度θ２をプレチルト角と称す。従って、この第１の位相差補償板１８の傾角度θは、プレチルト角θ２が略８５度に設定されている場合（角度θ１＝略５度）、略５度に設定される。
【００１３】
上述のようにして構成した液晶投影装置１４を用いて、実際に表示を行ったところ、位相差が理想的に補償され、視野角が大きく広がっており、白黒のコントラストを高くできることが確認できた。すなわち、この実施の形態によれば、Ｆ数の小さいレンズを使うことができ、明るい像の投影ができるのみならず、白黒のコントラストを非常に高くすることができた。
ここで、視野角及び白黒レベルの表示について検証を行ったので、その時の評価について説明する。
基本的な光学系は、図１に示すものと等価である。光源２から出た光は、偏光手段を経て第１の位相差補償板１８を通り、液晶表示部８に入射し、光変調を受けた後反射された光は前記第１の位相差補償板１８を再度通り、クロスニコル配置に置かれた反射側偏光板１６Ｂで検光される。図示しない光センサーを用いて、反射側偏光板１６Ｂから出た光をモニターする。液晶素子部８及び第１の位相差補償板１８の位置や偏光の方位は変えないで、光の入射方向のみ変化させた。液晶表示部８の入射方向は、極角方向で９０度、方位角方向で３６０度の半球の観察方向があるが、その角度から観察される特性を、図５に示す。図５では極角（図１で言うα１）を変えた時に観察される特性を、半径の位置で示し、グラフ中で同心円状に記載された４つの円は、その内側より、２０度、４０度、６０度、８０度（最外周）のα１の場合を示す。
【００１４】
図５（Ａ）は本発明の第１実施の形態の黒表示の際の明るさを示している。この図のように示される視野角特性では明るさの等高線が示されており、コントラストが十分に取れる（４００：　１）黒レベルが得られる範囲を斜線で示す。中心部ほど黒に近づき、周辺部ほど明るくなる。この点は以下に示す視野角特性も同じである。図から明らかなように、中心部にて実用的な黒レベルになっている領域はかなり広くなっており、また、特定の方位で急に明るくなる傾向も見られず、広い視野角が得られることが判明した。
これに対して、図５（Ｂ）は第１の位相差補償板１８を用いない時の明るさを示しており、この場合には、４５度と２２５度方向の方位角で、実用的な黒レベルの領域はかなり狭くなっており、この部分を使うと全体のコントラストが落ちてしまう他、画像にコントラストのムラが発生するため、使用できる入射角の範囲が非常に限定されてしまう。
尚、図２２に示すような偏光ビームスプリッタ６を使った光学系などのＯＮ−ＡＸＩＳ光学系では、第１の位相差補償板１８を光路途中に入れると、偏光ビームスプリッタ６に斜めに入った光が液晶素子部８で変調・反射された後、再度、偏光ビームスプリッタ６に入る際に、途中に挿入される前記位相差補償板１８の特性がλ／４でないと、光は偏光ビームスプリッタ６を透過してしまうので、この方法は使用できない。
【００１５】
＜第２実施の形態＞
次に、本発明の第２実施の形態について説明する。
上記第１実施の形態では、第１の位相差補償板１８を光路に対して斜めに入れる角度θを正確（略０．１度の範囲内）に調整する必要があるため、これを正確に傾け且つ、それを保持する機械的構成がかなり複雑となる。また、光路中に、位相差補償板１８を斜めに入るため、この厚さに起因して光軸が僅かにずれることは避けられない。この場合、カラー画像のときには、通常３枚のパネルにＲＧＢそれぞれの光を割り当て、一枚の画面を合成してカラー化する手法がとられるので、この光軸がずれると、３枚の画像を合わせる調整に時間を要する。以下に説明する第２実施の形態では、上記点を改善したものである。
この第２実施の形態の特徴は、黒表示に使用する電圧での液晶で発生する位相差よりも大きい位相差を水平方向（面内方向）に持ち、且つ、面内方向の屈折率よりも板厚方向の屈折率の方が小さい第２の位相差補償板２２を、液晶素子部８と、偏光板ユニット１６との間に挿入し、入力光と反射光を透過させるようにした点である。
【００１６】
この場合、第２の位相差補償板２２の回転方向の位置は、この第２の位相差補償板２２へ入射する光の偏光方向と液晶分子の配向方向により、自動的に決まる最適な方向に設定する。
図６は本発明の反射型の液晶投影装置の第２実施の形態を示す概略構成図、図７は第２実施の形態の要部の位置関係と偏光との関係を示す図、図８は第２の位相差補償板を１回転させた時の明るさの変化を示すグラフ、図９は図５と同様に、図６の光学配置に於いて光の入射角を変化させつつ黒レベルの変化を測定したグラフである。
上記第１実施の形態では、図１に示すように第１の位相差補償板１８を角度θだけ傾けて光路に介在させたが、この第２実施の形態の液晶投影装置２０では、図６に示すように、第２の位相差補償板２２を、偏光板ユニット１６及び液晶素子部８に対して傾けることなく平行に配置している。この場合、この第２の位相差補償板２２は、先の第１の位相差補償板１８とは光学的特性が異なり、黒表示に使用する印加電圧で発生する位相差よりも大きい位相差を発生する屈折率差を面内方向で有し、且つ面内方向の屈折率よりも厚さ方向の屈折率の方が小さい特性を有している。
【００１７】
換言すれば、図７にも示すように、第２の位相差補償板２２の平面内において、方向によって屈折率に差が存在する。例えば第２の位相差補償板２２の平面内にて、最も屈折率の大きい方向の屈折率をＮｘとし、この方向と直交する平面方向の屈折率をＮｙとし、更に、この第２の位相差補償板２２の厚さ方向の屈折率をＮｚとした場合、下記式のような関係が存在する。
Ｎｘ＞Ｎｙ＞Ｎｚ
ここで、第２の位相差補償板２２の厚さＨ２は、次のように設定される。まず、第１に位相差補償板１８の面内方向の屈折率差（Ｎｘ−Ｎｙ）と第２の位相差補償板２２の厚さＨ２を乗じた水平方向のパラメータ、すなわち（Ｎｘ−Ｎｙ）・Ｈ２によって発生する位相差が、液晶セルの液晶が垂直から傾斜するために発生する位相差よりも、小さいと効果が少なく、より大きい方が望ましい。
第２に、第２の位相差補償板２２の水平方向のパラメータ（Ｎｘ−Ｎｙ）・Ｈ２が、液晶素子部８の液晶の長軸方向と短軸方向の屈折率の差をΔｎとし、液晶素子部８の液晶セルの厚さｄを乗じた、Δｎ・ｄよりも、小さいことが望ましい。
第２の位相差補償板２２の厚さＨ２を前記の条件にすることにより、第２の位相差補償板２２を回転することにより、暗状態での光漏れが少なく、コントラストが、高い条件が得られる。その条件で、第２の位相差補償板２２の膜厚方向の屈折率Ｎｚは次の様に定められる。
第２の位相差補償板２２の垂直方向のパラメータ（Ｎｘ−Ｎｚ）・Ｈ２を徐々に大きくしていくと、コントラストが取れる入射角の範囲が大きくなるが、あまり大きくし過ぎると、逆にコントラストが悪くなる。コントラストの条件が満足する中で、最大の入射角範囲が取れる値が好ましい。
【００１８】
例えば、この第２の位相差補償板２２として住友化学工業（株）のフィルムＶＡ−１１０（登録商標）を用いた場合、例えばＮｘ＝１．５００８５、Ｎｙ＝１．５００７３、Ｎｚ＝１．４９８３２で、第２の位相差補償板２２の厚さＨ２が４６μｍである場合について説明する。また、Δｎ及びｄは第１実施の形態の場合と同じであり、それぞれ０．０８３及び３．２μｍである。そして、この第２の位相差補償板２２は、その中心を回転軸として平面内で回転させて最適な回転位置で固定する。これは、この第２の位相差補償板２２へ入射する光の偏光方向と液晶分子の配向方向に依存して、この場合、後述するように４つの最適な方向が存在するからである。尚、この液晶素子部８の液晶分子８Ａのプレツイスト角は４５度、プレチルト角は８５度である。そして、この液晶素子部８への偏光の入射方向（光の振動面の方向）は０度とする。
【００１９】
このように構成された液晶投射装置２０において、無電界時の液晶素子部８に完全に垂直方向から光（Ｇ単色：５５０ｎｍ）を入射したところ、そのコントラストは２３００：１であり、良好な結果を得ることができた。
ここで、第２の位相差補償板２２を、その中心軸を回転軸として平面方向に１回転した時の黒レベル（黒表示）の出現状態を説明する。この時の液晶の駆動電圧は０Ｖである。図８に示すように、この第２の位相差補償板２２を１回転させると、図中、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４点において出力ゼロとなって完全な黒表示を示しているので、この第２の位相差補償板２２の回転位置を、このＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４点の内のいずれかの点の位置で固定すればよく、これにより、白黒のコントラストを最も大きく設定することができる。尚、点Ａ、点Ｃ及び点Ｂ、点Ｄは、第２の位相差補償板２２の回転中心に対して対称な位置にある。
【００２０】
ちなみに、上記Ａ点の部分に第２の位相差補償板２２の回転位置を設定したところ、液晶素子部８に対して完全に垂直な方向からのコントラスト（Ｇ単色：５５０ｎｍ）は１００００：１以上に向上し、しかも視野角特性も良好でこれを広くとることができた。これは斜め方向からの光も光学的に補償できるからである。また、この第２の位相差補償板２２を回転した状態においても、明るさの落ちもほとんどなかった。
また、ここでも視野角及び白黒レベルの表示について検証を行ったので、その時の評価について説明する。この検証の方法は、先の第１実施の形態の場合と同様であり、その時の黒レベル状態をモニタしている。この黒レベルの明るさをモニタした時のグラフが図９に示されている。ここでは光の入射角度α１を、２０度、４０度、６０度、８０度にそれぞれ設定した場合、グラフ中にて、同心円状に記載された４つの円が、その内側より、２０度、４０度、６０度、８０度（最外周）の場合を示している。
【００２１】
図９から明らかなように、中心部にて実用的な黒レベルになっている領域（斜線で示す）はかなり広くなっており、また、特定の方位で急に明るくなる傾向も見られず、広い視野角が得られることが判明した。
また、この第２実施の形態の場合には、平面内における回転位置の精度がゆるくて良いので、許容誤差が大きくなり、従って、これを液晶素子部８に、或いはカラー表示の場合のダイクロイックプリズムの表面に貼り付けることができる。
その場合に、第２の位相差補償板２２を回転調整する機構が必要でなくなり、コストが安くなると共に、その部品を入れる必要がないため、ダイクロイックプリズムと液晶素子部との間を短く出来るために、投射レンズのバックフォーカスの余裕が取れることになり、この結果、短距離投影が可能となる。また、バックフォーカスが短く取れることは、投射レンズの設計が楽になり、その分、コストの安い投射レンズを使用することができる。
【００２２】
ここで、図８にて説明した点について更に詳しく説明する。前述のように、コントラストを最適にするためのパラメータの１つは、位相差補償板の面内方向の屈折率差（Ｎｘ−Ｎｙ）や第２の位相差補償板２２の厚さＨ２である。そして、この第２の位相差補償板２２を回転調整することで、コントラストを最適化できる。
そして、液晶素子部８に電圧を加えない、いわゆる暗状態での光の漏れ（明るさ）、位相差補償板の回転角及び位相差補償板の厚さＨ２との関係を求めた。
図１０は上記関係を３次元的に示すグラフ、図１１は図１０に示す３次元のグラフを平面的に見て等高線で表した図である。ここでは第２の位相差補償板２２の回転角を水平方向にとり、その厚さを奥行き方向にとり、明るさを垂直方向にとっている。この第２の位相差補償板２２の各パラメータは、前述したフィルムＶＡ−１１０で説明したものと同じである。上述したように、暗状態での光漏れ（明るさ）を検証していることから、明るさの低い暗い部分が特性上よいことになる。
【００２３】
図１０及び図１１に示すように、明るさが大きなピークＰ１と小さなピークＰ２の２つの山が見られ、そして、光漏れが生じないようにするには、すなわちコントラストを高くするには上記２つのピークＰ１、Ｐ２の谷の部分、図１１において斜線で示す部分に第２の位相差補償板２２の回転角とこの厚さＨ２を調整して設定するようにすればよい。図１１において斜線で示す部分はかなり広いエリアで確保されており、このことは装置の組み立て時における第２の位相差補償板２２の回転角の調整作業が行い易いことを意味している。
ちなみに、図８に示すグラフは、図１０中の厚さＨ２が４６μｍの位置で、水平方向、すなわち位相差補償板の回転角の方向へ切断した時の切断面を見た時の状態を示している。尚、図１０においては位相差補償板の回転角は１９０度までしか示していない。従って、図１０中のポイントＡ、Ｂの延長方向の位置が、図８中のポイントＡ、Ｂにそれぞれ略対応することになる。図１０及び図１１では、プレチルト角が８５度の場合を示しているが、このプレチルト角が変化すると、図１０におけるピークＰ１、Ｐ２の位置が厚さＨ２の方向にシフトするだけであり、図１０における凹凸の形状は基本的には変化しない。
【００２４】
また、上記水平方向のパラメータ（Ｎｘ−Ｎｙ）・Ｈ２と明るさとの関係は図１２に示されており、ここではプレチルト角が８０度の場合と８５度の場合を示している。このグラフは、図１０において位相差補償板の回転角が１３０〜１４０度の部分を厚さＨ２の方向に沿って切断した時の図と等価である。図１２において、最小の部分が最適点となっているが、前述した図１１に示すように、この最適点は、位相差補償板の回転方向にも広がって分布している。
ところで、上記説明では、第２の位相差補償板２２に対して光が垂直に入射して垂直に出射することを条件としている。しかしながら、実際には、第２の位相差補償板２２には、垂直方向よりある程度の角度だけ傾斜した斜め方向から光が入射するので第２の位相差補償板２２の厚さ方向の屈折率Ｎｚの値も、先に触れたように垂直方向のパラメータ（Ｎｘ−Ｎｚ）・Ｈ２として重要となってくる。
【００２５】
垂直方向のパラメータ（Ｎｘ−Ｎｚ）・Ｈ２は視野角特性に影響を与える。　　図１３は液晶のプレチルト角が８０度の場合の、暗状態での液晶素子部に光が入射した時の入射光の方向に依存して発生した光漏れの状態の一例を示すグラフである。この時の第２の位相差補償板２２の条件は先にフィルムＶＡ−１１０にて説明した場合と同じである。垂直方向のパラメータ（Ｎｘ−Ｎｚ）・Ｈ２を変化させ、最も、視野角特性の悪くなる傾向にある、図１３中において矢印に示す方向（方位角４５度、２２５度）に沿って切断した部分を取り出し図１４に示す。
【００２６】
図１４において横軸は入射光の傾斜角度（垂直方向をゼロとしている）を示しており、第２の位相差補償板２２の厚さＨ２を、０（無し）〜２００μｍまで種々変更している。
この図から明らかなように、第２の位相差補償板２２の厚さＨ２（実際にはパラメータ（Ｎｘ−Ｎｚ）・Ｈ２））が０〜８０μｍへ増加することにより、光漏れが少なくなって黒レベルが良好となると共に、入射光の傾斜方向へ良好に広い範囲で広がることが確認できる。しかし、厚さＨ２が８０μｍを越えて大きくなり過ぎると（１４０〜２００μｍ）、光漏れが多くなって黒レベルが悪化してしまうことが確認できた。従って黒レベルか最適値となる範囲は、かなり広い範囲で確保でき、第２の位相差補償板２２の調整操作も容易に行うことができる。
【００２７】
＜第３実施の形態＞
上記第２実施の形態では、第２の位相差補償板２２の厚さＨ２は、入射光の波長λとの関係では特に規定していなかったが、この第３実施の形態では、入射光の波長をλとすると、第２の位相差補償板２２の厚さＨ２を、第２の位相差補償板２２で発生する位相差が反射型液晶素子部で発生する位相差以上で、且つλ／４以下となるように設定することにより、コントラストを高く表示することができると共に、液晶のプレチルト角が小さくなった場合でも明るい投射像を得ることができる。
図１５は本発明の反射型の液晶投影装置の第３実施の形態を示す概略構成図である。尚、図６に示す第２実施の形態と基本的構成は変わらない。
【００２８】
図示するように、この第３実施の形態の液晶投影装置３０では、前記液晶素子部８と前記入射側偏光板１６Ａ及び前記反射側偏光板１６Ｂとの間に直線偏光を円偏光または楕円偏光とする位相差補償板３２を設け、前記位相差補償板３２の厚さは、前記位相差補償板３２で発生する位相差が、入力光の波長をλとした時に前記液晶素子部８で発生する位相差以上で且つλ／４以下となるように設定している。
この場合にも、位相差補償板３２をその平面内で適宜回転調整することで、黒レベルが最も良好となるように回転位置調整を行う。しかし、この場合、位相差補償板３２で発生する位相差がλ／４よりも大きいと、投射像の明るさが最大となる最適な光の入射角度が、後述するように変化してしまうため、投射像が暗くなって好ましくない。これは液晶のプレチルト角が小さくなるにつれ影響が大きくなる。これに対して、位相差補償板３２で発生する位相差がλ／４以下の場合には、黒表示の性能が向上するのみならず、像自体の明るさも高くできる。これにより、液晶のプレチルト角が小さくなっても、コントラストを高く表示することができる共に、投射像自体も明るくなるようにしている。
ここで、上記偏光板１６Ａ、１６Ｂや位相差補償板３２の各板の光学軸の方位は図１６に示される。図示するように、位相差補償板３２の光学軸は、入射側偏光板１６Ａの光透過軸に対して角度αだけ回転している。このαの角度は、図８で示されるＤ点に相当する。
【００２９】
上記角度αと位相差補償板３２の厚さＨ３とを種々変更した時、液晶に電圧をかけない時に示される黒レベルの明るさの変化を図１７に示す。液晶のプレチルト角は７０度とした。図１７に示すように、ここでは厚さＨ３を位相差補償板３２で発生する位相差として、λ／４板を基準に、その０．５倍〜１．５倍の位相差となるよう種々変化させている。このグラフから明らかなように、位相差補償板３２の角度αを調整することにより、黒レベルを最小に調整できることがわかる。
【００３０】
さて、ここで実際に、位相差補償板３２の厚さＨ３がゼロの場合（設けていない場合）、厚さＨ３を位相差補償板３２で発生する位相差として、λ／４となる場合、１．５倍となる場合（１．５×λ／４）、その０．５倍となる場合（０．５×λ／４）について、、それぞれ液晶表示部への印加電圧と明るさとの関係及びその時の視野角特性について検討する（補償板無しの場合は視野角特性は無し）。
図１８は液晶のプレチルト角が７０度での位相差補償板３２が無い場合の液晶表示部への印加電圧と明るさとの関係を示している。この場合には、印加電圧が０Ｖの場合でも、ΔＬの明るさが漏れており、コントラストが全く取れず特性上好ましくない。
【００３１】
図１９は位相差補償板３２で発生する位相差がλ／４になる厚さＨ３の時の液晶表示部への印加電圧と明るさとの関係及びその時の視野角特性を示すグラフである。この時の角度αは９度である。
図１９（Ａ）に示すように、この場合には液晶表示部への印加電圧が０Ｖ時に、図１８で示した様な光漏れが無く非常に良いコントラストを得ることが出来る。ただし、ピークＭ１で示される明るさのピーク値は０．９２程度になっており、明るさが低下している。この理由は、図１９（Ｂ）の視野角特性に示すように（液晶を駆動して中心部で最も明るくなる電圧を印加した場合の特性を示す）、最も明るくなる部分Ｙ１が、中心部から左右方向へややシフトしており、逆に、中心部での明るさがやや低下してしまっているからである。尚、図１９（Ｂ）の視野角特性では明るさの等高線が示されており、この点は以下に記す他の視野角特性も同様である。
【００３２】
図２０は位相補償板３２で発生する位相差が１．５×λ／４の時の液晶表示部への印加電圧と明るさの関係及び中心部での明るさが最大の時の視野角特性を示すグラフである。この時の角度αは１１度である。
図２０（Ａ）に示すように、この場合にも液晶表示部への印加電圧が０Ｖ時に、図１８で示した様な光漏れが無く非常に良いコントラストを得ることが出来る。ただし、ピークＭ２で示される明るさのピーク値は０．６５程度になっており、明るさが大幅に低下して好ましくない。この理由は、図２０（Ｂ）に示す視野角特性に示すように（液晶を駆動して中心部で最も明るくなる電圧を印加した場合の特性を示す）、最も明るくなる部分Ｙ２が、中心部から左右方向へ更に大きくシフトしており、中心部での明るさが大幅に低下してしまっているからである。
【００３３】
これに対して、図２１は位相差補償板３２で発生する位相差が０．５×λ／４の時の液晶表示部への印加電圧と明るさの関係及び中心部での明るさが最大の時の視野角特性を示すグラフであり、この時の角度αは１４度である。尚、図２１（Ａ）には、先に述べた位相差補償板の位相差が１×λ／４及び１．５×λ／４の場合も比較の為同時に表示している。角度αはそれぞれ９度及び１１度である。
図２１（Ａ）に示すように、この場合には液晶表示部への印加電圧が０Ｖ時に、図１８で示した様な光漏れが無く非常に良いコントラストを得ることが出来る。しかも、位相差補償板３２の厚さＨ３が０．５×λ／４の位相差を発生させる場合には、ピークＭ３で示される中心部の明るさのピーク値は略１程度になっており、明るさが低下することなく液晶のプレチルト角が７０度の場合に於いても非常に明るい状態となっている。この理由は、図２１（Ｂ）に示す視野角特性に示すように（液晶を駆動して中心部で最も明るくなる電圧を印加した場合の特性を示す）、最も明るくなる部分Ｙ３が、中心部から左右方法へ何らシフトしておらず、中心部での明るさが最も明るい状態となっているからである。この様に液晶のプレチルト角が７０度の場合の様に、液晶に電圧を印加しない状態に於いて光漏れが大きくコントラストが殆ど取れない状況に於いても、位相補償板３２で発生する位相差に関わらず、位相差補償板３２を回転調整することで、黒レベルを改善し良好なコントラストを取ることが出来るが、位相補償板３２で発生する位相差が１×λ／４を超える場合には、ピーク時の明るさは大きく低下するため好ましくない。
尚、本発明では、偏光手段として偏光板を用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、偏光効果を生ずるならばどのような種類の偏光手段を用いてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の反射型の液晶投影装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
投射像が明るく、且つ白黒のコントラストを高く表示することが可能な反射型の液晶投射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の反射型の液晶投影装置の第１実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】第１の位相差補償板を示す平面図である。
【図３】第１の位相差補償板の配置方向と液晶分子の方向との関係を示す図である。
【図４】第１の位相差補償板の傾斜状態を説明する説明図である。
【図５】図１の構成において液晶へ電圧を駆けない時に示される黒状態の視野角特性を示すグラフである。
【図６】本発明の反射型の液晶投影装置の第２実施の形態を示す概略構成図である。
【図７】第２実施の形態の要部の位置関係と偏光との関係を示す図である。
【図８】第２の位相差補償板を１回転させた時の明るさの変化を示すグラフである。
【図９】図６の光学装置において光の入射角を変化させつつ黒レベルの変化を測定したグラフである。
【図１０】位相差補償板の回転角及び位相差補償板の厚さＨ２との関係を３次元的に示すグラフである。
【図１１】図１０に示す３次元のグラフを平面的に見て等高線で表した図である。
【図１２】水平方向のパラメータ（Ｎｘ−Ｎｙ）・Ｈ２と明るさとの関係を示すグラフである。
【図１３】液晶のプレチルト角が８０度の場合の、暗状態での液晶素子部に光が入射した時の入射光の方向に依存して発生した光漏れの状態の一例を示すグラフである。
【図１４】図１３中において矢印に示す方向に沿って切断した部分を取り出して示す図である。
【図１５】本発明の反射型の液晶投影装置の第３実施の形態を示す概略構成図である。
【図１６】偏光板や補償板の各板の偏光方向を示す図である。
【図１７】角度αと位相差補償板の厚さＨ３とを種々変更した時の黒レベルの変化を示すグラフである。
【図１８】補償板が無い場合の液晶表示部への印加電圧と明るさとの関係を示すグラフである。
【図１９】位相差補償板での位相差がλ／４の時の液晶表示部への印加電圧と明るさとの関係及びその時の視野角特性を示すグラフである。
【図２０】位相差補償板での位相差が１．５×λ／４の時の液晶表示部への印加電圧と明るさとの関係及びその時の視野角特性を示すグラフである。
【図２１】位相差補償板での位相差が０．５×λ／４、１×λ／４及び１．５×λ／４の時の液晶表示部への印加電圧と明るさとの関係及びその時の視野角特性を示すグラフである。
【図２２】従来の反射型の液晶投影装置の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
２…光源、８…液晶素子部、８Ａ…液晶分子、１０…投射レンズ、１２…スクリーン、１４…液晶投影装置（第１実施の形態）、１６…偏光板ユニット、１６Ａ…入射側偏光板（偏光手段）、１６Ｂ…反射側偏光板（偏光手段）、１８…第１の位相差補償板、２０…液晶投影装置（第２実施の形態）、２２…第２の位相差補償板、３０…液晶投影装置（第３実施の形態）、３２…位相差補償板。
【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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