(57)【要約】【課題】輝度調節用の液晶パネルの光密度を小さく抑えることができる表示装置を提供する。【解決手段】Ａ方向からの入射光をｓ偏光の直線偏光とｐ偏光の直線偏光とに分離し、ｓ偏光をＢ方向に反射し、ｐ偏光をＣ方向に透過させるとともに、Ｂ方向から入射したｓ偏光をＡ方向に反射し、Ｂ方向から入射したｐ偏光をＤ方向に透過させ、かつ、Ｃ方向から入射したｓ偏光をＤ方向に反射し、Ｃ方向から入射したｐ偏光をＡ方向に透過させる偏光ビームスプリッター１１と、Ｂ方向に位置し、ｓ偏光の偏光方向を所定の制御信号に応じて変調し、偏光ビームスプリッター１１の方向へ反射する反射型液晶パネル１２と、Ｃ方向に位置し、ｐ偏光の偏光方向を所定の制御信号に応じて変調し、偏光ビームスプリッター１１の方向へ反射する反射型液晶パネル１３とを備える。【選択図】図１
2013190725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から出射された光を入射し、所定の画像信号に応じて変調して出射する変調手段と、
前記変調手段からの出射光を第１の方向から入射し、該入射光を偏光方向が互いに異なる第１の偏光方向の直線偏光と第２の偏光方向の直線偏光とに分離し、該分離した前記第１の偏光方向の直線偏光を第２の方向に反射し、該分離した前記第２の偏光方向の直線偏光を第３の方向に透過させるとともに、前記第２の方向から入射した前記第１の偏光方向の直線偏光を前記第１の方向に反射し、前記第２の方向から入射した前記第２の偏光方向の直線偏光を第４の方向に透過させ、かつ、前記第３の方向から入射した前記第１の偏光方向の直線偏光を前記第４の方向に反射し、前記第３の方向から入射した前記第２の偏光方向の直線偏光を前記第１の方向に透過させる偏光分離素子と、
前記偏光分離素子からみて前記第２の方向に位置し、前記偏光分離素子から前記第１の偏光方向の直線偏光を入射し、該第１の偏光方向の直線偏光の偏光方向を第１の制御信号に応じて変調し、前記偏光分離素子の方向へ反射する第１の反射型液晶パネルと、
前記偏光分離素子からみて前記第３の方向に位置し、前記偏光分離素子から前記第２の偏光方向の直線偏光を入射し、該第２の偏光方向の直線偏光の偏光方向を第２の制御信号に応じて変調し、前記偏光分離素子の方向へ反射する第２の反射型液晶パネルと、
前記所定の画像信号に基づいて前記第１の制御信号及び前記第２の制御信号を生成する制御手段と
を備えることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記第１の制御信号及び前記第２の制御信号が前記所定の画像信号の輝度に基づいて生成されたものである
ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記変調手段と前記偏光分離素子との間に設けられ、前記変調手段から出射した光を円又は楕円偏光に変換するλ／４板を備える
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記変調手段は、前記光源から出射された光を前記所定の画像信号に応じて変調する液晶パネルを有し、
前記変調手段の液晶パネルの像を前記第１の反射型液晶パネル及び前記第２の反射型液晶パネルに結像させるリレーレンズを備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項５】
前記偏光分離素子からみて前記第４の方向に位置し、前記偏光分離素子から出射された前記第１又は前記第２の偏光方向の直線偏光を入射する投写レンズと
を備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに一項に表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶プロジェクターなどの表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクターには、ハイダイナミックレンジ（ＨＤＲ；Ｈｉｇｈ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｇｅ）に対応するための構成を用いるものがある。図６は、本願出願人が本発明の背景技術を説明するために作成した図であって、液晶プロジェクターにおいてコントラスト比（すなわち白と黒の輝度比）を向上させるための構成の一例を示している。図６に示した光学系装置１００は、透過型液晶パネル１０１、１０２及び１０３と、クロスプリズム１０４と、リレーレンズ１０５と、透過型液晶パネル１０６と、投写レンズ１０７とを備えている。光学系装置１００は、外部から入射されたＲＧＢ（赤緑青）３成分の各色の光ＬＲ、ＬＧ及びＬＢを、透過型液晶パネル１０１、１０２及び１０３にそれぞれ入射する。透過型液晶パネル１０１、１０２及び１０３は、ＲＧＢ３成分の各色の光ＬＲ、ＬＧ及びＬＢを、画像信号の各色成分に応じてそれぞれ変調する。透過型液晶パネル１０１、１０２及び１０３によって変調された各色の光ＬＲ、ＬＧ及びＬＢは、クロスプリズム１０４によって合成された後、リレーレンズ１０５を介して透過型液晶パネル１０６で結像される。透過型液晶パネル１０６は、合成画像の輝度に応じて各画素の透過率を変化させ、投写レンズ１０７へ出射する。そして、投写レンズ１０７は、図示していない投写スクリーンなどに投写光ＬＰを投写する。
【０００３】
図６に示した光学系装置１００では、透過型液晶パネル１０１、１０２及び１０３で色毎に輝度を変化させるとともに、透過型液晶パネル１０６で３色の合成光の輝度を変化させることで、コントラスト比を向上させることができる。例えば、透過型液晶パネル１０１、１０２及び１０３でコントラスト比が１００：１、透過型液晶パネル１０６でコントラスト比が１００：１を得ることができれば、投写光ＬＰでは１００００：１のコントラスト比を得ることができる。
【０００４】
なお、液晶プロジェクターの構成の一例が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１６７６９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図６に示した構成では、輝度調節用に透過型液晶パネル１０６を設けることで、コントラスト比を向上させることができる。しかしながら、この構成では、透過型液晶パネル１０１、１０２及び１０３へはＲＧＢ３色のうち各１色の光が照射されるのに対して、透過型液晶パネル１０６へは３色が合成された光が照射される。すなわち、透過型液晶パネル１０１、１０２及び１０３における光密度よりも、透過型液晶パネル１０６における光密度の方が大きくなることになる。そのため、例えば液晶パネルの大きさを同一にした場合には、透過型液晶パネル１０１、１０２及び１０３と比較して、透過型液晶パネル１０６の方が寿命が短くなるという課題がある。
【０００７】
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、輝度調節用の液晶パネルの光密度を小さく抑えることができる表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の表示装置は、光源と、前記光源から出射された光を入射し、所定の画像信号に応じて変調して出射する変調手段と、前記変調手段からの出射光を第１の方向から入射し、該入射光を偏光方向が互いに異なる第１の偏光方向の直線偏光と第２の偏光方向の直線偏光とに分離し、該分離した前記第１の偏光方向の直線偏光を第２の方向に反射し、該分離した前記第２の偏光方向の直線偏光を第３の方向に透過させるとともに、前記第２の方向から入射した前記第１の偏光方向の直線偏光を前記第１の方向に反射し、前記第２の方向から入射した前記第２の偏光方向の直線偏光を第４の方向に透過させ、かつ、前記第３の方向から入射した前記第１の偏光方向の直線偏光を前記第４の方向に反射し、前記第３の方向から入射した前記第２の偏光方向の直線偏光を前記第１の方向に透過させる偏光分離素子と、前記偏光分離素子からみて前記第２の方向に位置し、前記偏光分離素子から前記第１の偏光方向の直線偏光を入射し、該第１の偏光方向の直線偏光の偏光方向を第１の制御信号に応じて変調し、前記偏光分離素子の方向へ反射する第１の反射型液晶パネルと、前記偏光分離素子からみて前記第３の方向に位置し、前記偏光分離素子から前記第２の偏光方向の直線偏光を入射し、該第２の偏光方向の直線偏光の偏光方向を第２の制御信号に応じて変調し、前記偏光分離素子の方向へ反射する第２の反射型液晶パネルと、前記所定の画像信号に基づいて前記第１の制御信号及び前記第２の制御信号を生成する制御手段とを備えることを特徴とする。
上記構成により、第１の反射型液晶パネルと第２の反射型液晶パネルの２枚の液晶パネルを用いて輝度調節を行うことができる。これにより、１枚の液晶パネルを用いて輝度調節を行う場合と比較して照射光の光密度（エネルギー）を、第１の反射型液晶パネルと第２の反射型液晶パネルとで分担するため、反射型液晶パネル各々の劣化の度合いを低下させ、表示装置（例えば液晶プロジェクター）の寿命を長くすることができる。
【０００９】
また、本発明の表示装置の他の態様は、前記第１の制御信号及び前記第２の制御信号が前記所定の画像信号の輝度に基づいて生成されたものであることを特徴とする。
上記構成により、第１の制御信号と第２の制御信号とを輝度成分に応じた信号とすることで、第１の反射型液晶パネルと第２の反射型液晶パネルの２枚の液晶パネルを用いて輝度調節を行うことができる。これにより、１枚の液晶パネルを用いて輝度調節を行う場合と比較して照射光の光密度を小さく抑えた表示装置を提供できる。
【００１０】
また、本発明の表示装置の他の態様は、前記変調手段と前記偏光分離素子との間に設けられ、前記変調手段から出射した光を円又は楕円偏光に変換するλ／４板を備えることを特徴とする。
上記構成により、変調手段からの出射光を、s波成分の割合を５０％、p波成分の割合を５０％として、液晶パネルへの入射光とすることができ、第１の反射型液晶パネル、及び第２の反射型液晶パネル各々への照射光の光密度をほぼ同様とするため、第１の反射型液晶パネル、及び第２の反射型液晶パネル各々の劣化の度合いを最小とすることができる。
【００１１】
また、本発明の表示装置の他の態様は、前記変調手段は、前記光源から出射された光を前記所定の画像信号に応じて変調する液晶パネルを有し、前記変調手段の液晶パネルの像を前記第１の反射型液晶パネル及び前記第２の反射型液晶パネルに結像させるリレーレンズを備えることを特徴とする。
上記構成により、入射光を２枚の液晶パネルに結像するので、１枚の液晶パネルに結像する場合と比較して液晶パネルの寿命を伸ばした表示装置を提供できる。
【００１２】
また、本発明の表示装置の他の態様は、前記偏光分離素子からみて前記第４の方向に位置し、前記偏光分離素子から出射された前記第１又は前記第２の偏光方向の直線偏光を入射する投写レンズとを備えることを特徴とする。
上記構成により、第４の方向に設けた投写スクリーンなどに投射光を投写することができ、１枚の液晶パネルを用いて輝度調節を行う場合と比較して照射光の光密度を小さく抑えた表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の光学系装置の一実施形態の構成例を示した構成図である。
【図２】図１の光学系装置１０における反射型液晶パネル１２からの反射光の進行方向を示した図である。
【図３】図１の光学系装置１０における反射型液晶パネル１３からの反射光の進行方向を示した図である。
【図４】図１の光学系装置１０の動作例を説明するために用いる画像の例を示した図である。
【図５】図１の光学系装置１０を用いて構成した液晶プロジェクターの構成例を示した構成図である。
【図６】本発明の背景技術を説明するための光学系装置の構成例を示した構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態としての光学系装置１０の構成例を示す図である。図１は、光学系装置１０内のレンズ、偏光素子、液晶パネルなどの光学系素子の平面上における位置や配置の関係と、光の経路や進行方向とを示している。ただし、鎖線で示した制御部１７や制御部１７から出力される制御信号については、その位置や配置関係については意味を持たない。また、図１において、図６に示したものと同一の構成には同一の符号を用いている。図１に示す光学系装置１０は、図６の光学系装置１００と同様に、透過型液晶パネル１０１、１０２及び１０３と、クロスプリズム１０４とを備えている。図１に示す光学系装置１０は、さらに、偏光ビームスプリッター１１、反射型液晶パネル１２、反射型液晶パネル１３、λ／４板１４、リレーレンズ１５、投写レンズ１６及び制御部１７を備えている。
【００１５】
偏光ビームスプリッター１１は、往路及び復路で入射光を分岐したり偏光したりする偏光分離素子である。ここで、往路は、図１に示すように、偏光ビームスプリッター１１に対してリレーレンズ１５側（すなわちＡ方向）から光を入射して、反射型液晶パネル１２側（すなわちＢ方向）へ反射光を出射したり、反射型液晶パネル１３側（すなわちＣ方向）へ透過光を出射したりする経路に対応する。復路は、図２又は図３に示すように、偏光ビームスプリッター１１に対して反射型液晶パネル１２側から（すなわちＢ方向から（ただし矢印と逆の向きで））又は反射型液晶パネル１３側から（すなわちＣ方向から（ただし矢印と逆の向きで））反射光を入射して、投写レンズ１６側（すなわちＤ方向）へ又はリレーレンズ１５側へ（すなわちＡ方向へ（ただし矢印と逆の向きで））透過光又は反射光を出射する経路に対応する。また、偏光ビームスプリッター１１は、その入射面１１ａが往路における入射方向Ａに対して４５°（あるいはほぼ４５°）の入射角を有するように、配置されている。なお、図１〜図３において、方向Ａ〜Ｄは、互いに直交している。
【００１６】
偏光ビームスプリッター１１は、往路では、図１に示すように、円偏光（又は楕円偏光）の入射光をＡ方向から入射し、偏光方向が入射面１１ａへの入射面に対して垂直方向（すなわちｓ偏光）の直線偏光と入射面１１ａへの入射面に対して平行方向（すなわちｐ偏光）の直線偏光とに分離し、ｓ偏光の直線偏光をＢ方向に反射し、ｐ偏光の直線偏光をＣ方向に透過する。一方、復路では、図２及び図３に示すように、反射型液晶パネル１２又は反射型液晶パネル１３によって偏光方向が変調された反射光の偏光方向に応じて、偏光ビームスプリッター１１が、反射光を透過したり、反射したりする。すなわち、反射型液晶パネル１２からの反射光は、図２に示すように、反射型液晶パネル１２による偏光方向の変調結果に応じてｓ偏光の直線偏光とｐ偏光の直線偏光とを含むことになるが、そのうちｓ偏光の反射光は偏光ビームスプリッター１１で反射されてＡ方向に出射され、ｐ偏光の反射光は偏光ビームスプリッター１１を透過してＤ方向に出射される。他方、反射型液晶パネル１３からの反射光は、図３に示すように、反射型液晶パネル１３による偏光方向の変調結果に応じてｓ偏光の直線偏光とｐ偏光の直線偏光とを含むことになるが、そのうちｓ偏光の反射光は偏光ビームスプリッター１１で反射されてＤ方向に出射され、ｐ偏光の反射光は偏光ビームスプリッター１１を透過してＡ方向に出射される。
【００１７】
なお、偏光ビームスプリッター１１によるｓ偏光又はｐ偏光への偏光方向の分離は、１対１の割合でもよいし、１対１でなくてもよい。ただし、例えば、反射型液晶パネル１２及び反射型液晶パネル１３のサイズが同一である場合、１対１で分離したときに、２つのパネルに照射される光密度を同一にすることができる。
【００１８】
なお、往路及び復路に対応する偏光ビームスプリッター１１は、光ディスクの信号読み取り用に光ピックアップなどにおいて広く使用されている素子である。偏光ビームスプリッター１１は、図１などに示す平板型のほか、プリズム型のものなどを用いることができる。また、入射面１１ａなどの偏光分離面は、誘電体多層膜で形成したり、ワイヤーグリッドと呼ばれる金属線網で形成したりすることができる。
【００１９】
反射型液晶パネル１２及び反射型液晶パネル１３は、互いに同一画素数の複数画素分の電極と、液晶層、反射膜などを有して構成されていて、液晶によって画素毎に入射光の偏光方向を変調するとともに、反射膜で反射した光を出射する。また、反射型液晶パネル１２及び反射型液晶パネル１３は、透過型液晶パネル１０１、１０２及び１０３と互いに同一の画素数の画素を有している。反射型液晶パネル１２及び反射型液晶パネル１３では、制御部１７から入力される所定の制御信号に応じて、各画素の印加電圧を制御し、画素毎に液晶の配列割合を変化させることで、偏光方向を変化させる。反射型液晶パネル１２及び反射型液晶パネル１３では、画素に所定の電圧を印加した場合に入射光の偏光方向をλ／２（すなわちπだけ）変化させて出射し、電圧を印加しない場合に入射光の偏光方向を変化させずに出射する。ここで、偏光方向は、入射して液晶層を透過して反射膜に至るまでの経路と、反射膜で反射されて液晶層を再び透過して出射されるまでの経路との往復で、λ／２変化する。したがって、反射型液晶パネル１２及び反射型液晶パネル１３では、例えば画素に所定の定格電圧が印加された場合に、入射光がｐ偏光のときｓ偏光に変換されて出射され、入射光がｓ偏光のときｐ偏光に変換されて出射される。また、画素に電圧が印加されない場合には、ｓ偏光の入射光がそのままｓ偏光で出射され、ｐ偏光の入射光がそのままｐ偏光で出射される。また、画素に所定の定格電圧未満の電圧が印加された場合には、電圧に応じた一定の割合でｐ偏光又はｓ偏光に変換された光が出射される。
【００２０】
制御部１７から反射型液晶パネル１２及び反射型液晶パネル１３に入力される所定の制御信号は、制御部１７に入力された画像信号の輝度成分に応じて生成される。その所定の制御信号は、画像信号の輝度が高いほど（すなわち白色に近いほど）反射型液晶パネル１２及び反射型液晶パネル１３で各画素に印加される電圧が大きくなるような制御を行うための信号である。また、同制御信号は、該当画素に対応する映像の輝度が低いほど（すなわち黒色に近いほど）反射型液晶パネル１２及び反射型液晶パネル１３で各画素に印加される電圧が小さくなくなるような制御を行うための信号である。反射型液晶パネル１２及び反射型液晶パネル１３は、このような制御信号に応じて画素毎に印加する電圧を変化させる。したがって、該当画素に対応する映像の輝度が高いほど、画素単位で、入射されたｓ偏光の直線偏光はより大きな割合でｐ偏光の直線偏光へと変換させられ、又は、入射されたｐ偏光の直線偏光はより大きな割合でｓ偏光の直線偏光へと変換させられる。
【００２１】
λ／４板１４は、透過する光の偏光方向をπ／２変化させることで、直線偏光を円偏光（又は楕円偏光）に変換したり、円偏光（又は楕円偏光）を直線偏光に変換したりする偏光素子である。λ／４板１４は、クロスプリズム１０４で合成されたＲＧＢ３色の合成光を入射する。ここで、本実施形態では、透過型液晶パネル１０１、１０２及び１０３の出射光は直線偏光となっている。したがって、λ／４板１４からはＲＧＢ各色の合成光が円偏光（又は楕円偏光）に変換されて出射される。
【００２２】
リレーレンズ１５は、透過型液晶パネル１０１、１０２及び１０３の像を、反射型液晶パネル１２及び反射型液晶パネル１３で結像させる。
【００２３】
投写レンズ１６は、偏光ビームスプリッター１１からみてＤ方向に位置し、偏光ビームスプリッター１１からＤ方向に出射されたｓ偏光又はｐ偏光の直線偏光を入射し、図示していない投写スクリーンなどに投写光ＬＰを投写する。
【００２４】
制御部１７は、入力された画像信号のＲＧＢ各成分に応じて、透過型液晶パネル１０１、１０２及び１０３における透過率を画素毎に変調する。制御部１７は、また、入力された画像信号の輝度成分に応じて、所定の制御信号を出力することで、反射型液晶パネル１２及び反射型液晶パネル１３の各画素における偏光方向を変調する。
【００２５】
上記の構成において、光学系装置１０は、次のように動作する。光学系装置１０は、外部から入射されたＲＧＢ（赤緑青）３成分の各色の光ＬＲ、ＬＧ及びＬＢを、透過型液晶パネル１０１、１０２及び１０３にそれぞれ入射する。透過型液晶パネル１０１、１０２及び１０３は、制御部１７に入力された画像信号中のＲＧＢ各成分に応じて生成された制御信号に基づいて、各画素の透過率を変化させ、ＲＧＢ３成分の各色の光ＬＲ、ＬＧ及びＬＢを画素毎にそれぞれ変調する。透過型液晶パネル１０１、１０２及び１０３の出射光は、外部から入射されたＲＧＢ３成分の各色の光ＬＲ、ＬＧ及びＬＢを制御部１７に入力された画像信号の各色の輝度に対応した各色の画像光となる。透過型液晶パネル１０１、１０２及び１０３によって変調された各色の光ＬＲ、ＬＧ及びＬＢは、クロスプリズム１０４によって合成された後、λ／４板１４で円偏光に変換される。
【００２６】
λ／４板１４で円偏光に変換されたＲＧＢ３色の合成光は、リレーレンズ１５を介して偏光ビームスプリッター１１に入射され、図１に示すように反射又は透過により分離されて、反射型液晶パネル１２又は反射型液晶パネル１３で結像される。その際、偏光ビームスプリッター１１では、Ａ方向から入射した円偏光のうちｓ偏光成分の直線偏光がＢ方向に反射されるとともに、ｐ偏光成分の直線偏光がＣ方向に透過する。
【００２７】
反射型液晶パネル１２又は反射型液晶パネル１３では、制御部１７から入力された各制御信号に基づいて入射光の偏光方向を画素毎に変化させた反射光を出射する。ここで、偏光方向の変化は、制御部１７において入力された画像信号の輝度成分に基づいて生成された制御信号に応じて制御される。その際、輝度が高いほど、ｓ偏光からｐ偏光へ変換される割合又はｐ偏光からｓ偏光へ変換される割合が大きくなる。図１に示したように反射型液晶パネル１２では、入射したｓ偏光を、一方、輝度が高い場合には大きな割合でｐ偏光に変換して反射し、他方、輝度が低い場合には小さな割合でｐ偏光に変換して反射する。例えば、輝度が最大の場合（すなわち白色の場合）、反射型液晶パネル１２は、入射したｓ偏光を１００％の割合でｐ偏光に変換する。輝度が最小の場合（すなわち黒色の場合）、反射型液晶パネル１２は、入射したｓ偏光を０％の割合でｐ偏光に変換する（すなわち、入射したｓ偏光の偏光方向を変化させずにそのままｓ偏光で反射する）。また、反射型液晶パネル１３では、入射したｐ偏光を、一方、輝度が高い場合には大きな割合でｓ偏光に変換して反射し、他方、輝度が低い場合には小さな割合でｓ偏光に変換して反射する。例えば、輝度が最大の場合（すなわち白色の場合）、反射型液晶パネル１３は、入射したｐ偏光を１００％の割合でｓ偏光に変換する。輝度が最小の場合（すなわち黒色の場合）、反射型液晶パネル１３は、入射したｐ偏光を０％の割合でｓ偏光に変換する（すなわち、入射したｐ偏光の偏光方向を変化させずにそのままｐ偏光で反射する）。反射型液晶パネル１２又は反射型液晶パネル１３から出射された反射光は、Ｂ方向又はＣ方向に（ただし矢印の向きは逆向きで）進行し、偏光ビームスプリッター１１に入射する。
【００２８】
偏光ビームスプリッター１１は、反射型液晶パネル１２又は反射型液晶パネル１３で偏光方向を変調して反射されてきた光を入射し、偏光方向に応じて、ｓ偏光を反射し、ｐ偏光を透過することで、反射光と透過光を出射する。反射型液晶パネル１２から入射した光に含まれるｓ偏光とｐ偏光は、図２に示すように、ｓ偏光が反射されてＡ方向に出射され、ｐ偏光が透過してＤ方向に出射される。他方、反射型液晶パネル１３から入射した光に含まれるｓ偏光とｐ偏光は、図３に示すように、ｓ偏光が反射されてＤ方向に出射され、ｐ偏光が透過してＡ方向に出射される。この場合、図２に示したように、反射型液晶パネル１２から反射してきたｐ偏光成分とｓ偏光成分の光のうち、ｐ偏光成分のみが偏光ビームスプリッター１１を透過して投写レンズ１６に入射する。他方、図３に示したように、反射型液晶パネル１３から反射してきたｐ偏光成分とｓ偏光成分の光のうち、ｓ偏光成分のみが偏光ビームスプリッター１１で反射されて投写レンズ１６に入射する。すなわち、投写レンズ１６に入射される直線偏光は、反射型液晶パネル１２で偏光方向をｓ偏光からｐ偏光に変換されて反射されたｐ偏光成分と、反射型液晶パネル１３で偏光方向をｐ偏光からｓ偏光に変換されて反射されたｓ偏光成分とを合成したものとなる。
【００２９】
制御部１７に入力される画像信号の輝度成分が最大の場合、例えば、反射型液晶パネル１２に入射された各画素のｓ偏光はすべてｐ偏光に変換され、反射型液晶パネル１３に入射された各画素のｐ偏光はすべてｓ偏光に変換されて、偏光ビームスプリッター１１に入射する。この場合、反射型液晶パネル１２から偏光ビームスプリッター１１に入射した光はすべて偏光ビームスプリッター１１を透過して投写レンズ１６に入射する。また、反射型液晶パネル１３から偏光ビームスプリッター１１に入射した光はすべて偏光ビームスプリッター１１で反射されて投写レンズ１６に入射する。したがって、この場合、偏光ビームスプリッター１１にＡ方向から入射された円偏光のＲＧＢ３色の合成光は、ｓ偏光又はｐ偏光の直線偏光に変換されてすべて投写レンズ１６に入射することになる。
【００３０】
一方、制御部１７に入力される画像信号の輝度成分が最小の場合、例えば、反射型液晶パネル１２に入射された各画素のｓ偏光は偏光方向を変換されず、ｓ偏光のまま反射され、反射型液晶パネル１３に入射された各画素のｐ偏光は偏光方向を変換されず、ｐ偏光のまま反射されて、偏光ビームスプリッター１１に入射する。この場合、反射型液晶パネル１２から偏光ビームスプリッター１１に入射した光はすべて反射され、投写レンズ１６には入射しない。また、反射型液晶パネル１３から偏光ビームスプリッター１１に入射した光はすべて偏光ビームスプリッター１１を透過して、投写レンズ１６に入射しない。したがって、この場合、偏光ビームスプリッター１１にＡ方向から入射された円偏光のＲＧＢ３色の合成光は、投写レンズ１６に入射しないことになる。
【００３１】
以上のようにして、クロスプリズム１０４で合成されたＲＧＢ各色の画像光が、２枚の反射型液晶パネル１２及び反射型液晶パネル１３で輝度成分に応じて変調され、投写レンズ１６に入射する。そして、投写レンズ１６は、図示していない投写スクリーンなどに投写光ＬＰを投写する。図４に制御部１７に入力される画像信号が表す画像と、反射型液晶パネル１２及び反射型液晶パネル１３における偏光方向の変調度の度合いとを模式的に示した。図４（ａ）は制御部１７に入力される画像信号が表す画像を示している。図４（ｂ）は、反射型液晶パネル１２において変調度合い（すなわち偏光方向の変換割合）が高い画素を白で、変調度合いが低い画素を黒で示している。同様に、図４（ｃ）は、反射型液晶パネル１３において変調度合いが高い画素を白で、変調度合いが低い画素を黒で示している。図４（ａ）に示したような空及び雲を含む画像に対して、図４（ｂ）及び（ｃ）に示したように反射型液晶パネル１２及び反射型液晶パネル１３では雲のうちで輝度が高い部分が白くなり、雲又は空の部分で輝度が低い部分が黒くなっている。
【００３２】
図１に示した光学系装置１０では、例えば、透過型液晶パネル１０１、１０２及び１０３のコントラスト比が１００：１、反射型液晶パネル１２及び反射型液晶パネル１３のコントラスト比が１００：１であれば、投写レンズ１６に入射される画像光のコントラスト比が１００００：１となる。
【００３３】
以上のように、本実施形態によれば、反射型液晶パネル１２と反射型液晶パネル１３の２枚の液晶パネルを用いて輝度調節を行うので、１枚の液晶パネルを用いて輝度調節を行う場合と比較して照射光の光密度を小さく抑えることができる。
【００３４】
なお、透過型液晶パネル１０１、１０２及び１０３の画素数（すなわち解像度）と、反射型液晶パネル１２及び反射型液晶パネル１３の画素数（すなわち解像度）とは一致していてもよいし、異なっていてもよい。また、反射型液晶パネル１２の画素数と、反射型液晶パネル１３の画素数とは一致していてもよいし、異なっていてもよい。また、反射型液晶パネル１２の各画素の階調数と、反射型液晶パネル１３の各画素の階調数とは一致していてもよいし、異なっていてもよい。また、反射型液晶パネル１２に入力する制御信号が示す輝度の大きさと、反射型液晶パネル１３に入力する制御信号が示す輝度の大きさとは一致していてもよいし、異なっていてもよい。また、反射型液晶パネル１２における変調度の制御と、反射型液晶パネル１３における変調度の制御とを段階的に行うこともできる。すなわち、段階的に行うこととは、例えば、反射型液晶パネル１２及び反射型液晶パネル１３のコントラスト比を１００：１とした場合に、変調度を最小から最大に変化させるとき次のように各パネルの変調度を変化させることができる。最小の場合を０（反射型液晶パネル１２の変調度）＋０（反射型液晶パネル１３の変調度）とすると、次の段階を０（反射型液晶パネル１２の変調度）＋１（反射型液晶パネル１３の変調度）、その次の段階を１（反射型液晶パネル１２の変調度）＋１（反射型液晶パネル１３の変調度）というように変化させることができる。また、反射型液晶パネル１２における変調度の制御と、反射型液晶パネル１３における変調度の制御とは、多値制御であってもよいし、２値制御であってもよい。
【００３５】
次に、図５を参照して、図１などを参照して説明した光学系装置１０を用いた液晶プロジェクター（表示装置）の構成例について説明する。なお、図５において、図１などに示したものと同一の構成には同一の符号を付けて説明を省略する。図５に示した液晶プロジェクター１は、図１などを参照して説明した光学系装置１０、光源２１、偏光素子２２、全反射ミラー２３、ダイクロイックミラー２４、全反射ミラー２５、ダイクロイックミラー２６、全反射ミラー２７、及び全反射ミラー２８を備えている。
【００３６】
上記の構成において、光源２１から放射された自然光ＬＮは、偏光素子２２を透過することで所定の偏光方向の直線偏光に変換される。偏光素子２２からの出射光は、全反射ミラー２３で反射され、続いてダイクロイックミラー２４でＲＧＢのＢ成分の光ＬＢと、それ以外の光ＬＲＧとに分離される。ダイクロイックミラー２４で反射されたＢ成分の光ＬＢは、全反射ミラー２５で反射され、透過型液晶パネル１０３に入射する。ダイクロイックミラー２４を透過したＢ成分以外の光ＬＲＧは、ダイクロイックミラー２６でＲＧＢのＧ成分の光ＬＧと、Ｒ成分の光ＬＲとに分離される。ダイクロイックミラー２６で反射されたＧ成分の光ＬＧは、透過型液晶パネル１０２に入射する。ダイクロイックミラー２６を透過したＲ成分の光ＬＲは、全反射ミラー２７と全反射ミラー２８とによって反射され、透過型液晶パネル１０１に入射する。
【００３７】
そして、光学系装置１０では、図１などを参照して説明したようにして、ＲＧＢ各色の光ＬＲ、ＬＧ及びＬＢが、制御部１７に入力された画像信号のＲＧＢ各成分に応じて透過型液晶パネル１０１、１０２及び１０３によって変調される。さらに、光ＬＲ、ＬＧ及びＬＢの変調光をクロスプリズム１０４で合成した直線偏光の合成光が、λ／４板１４で円偏光に変換された後、リレーレンズ１５を介して偏光ビームスプリッター１１に入射する。偏光ビームスプリッター１１では、円偏光の合成光がｓ偏光成分とｐ偏光成分とに分離され、反射型液晶パネル１２及び反射型液晶パネル１３に入射される。反射型液晶パネル１２及び反射型液晶パネル１３に入射された光は、制御部１７に入力された画像信号の輝度成分に応じて偏光方向が変調される。反射型液晶パネル１２及び反射型液晶パネル１３で変調された光は、偏光ビームスプリッター１１で透過又は反射されて投写レンズ１６に入射する。そして、投写レンズ１６は、図示していない投写スクリーンなどに投写光ＬＰを投写する。
【００３８】
なお、光学系装置１０を用いた液晶プロジェクターの構成は、図５に示したものに限らず、偏光素子、ダイクロイックミラー、全反射ミラーの個数や配置は変更可能である。また、さらに、コンデンサーレンズなどのレンズを設けるようにすることもできる。
【００３９】
本発明の実施の形態は、上記のものに限定されず、各光学素子の配置や個数は適宜変更可能である。例えば、リレーレンズ１５に代えてあるいは加えて、透過型液晶パネル１０１〜１０３のそれぞれに対向するコンデンサーレンズを設けたり、投写レンズ１６を複数のレンズから構成するようにしたりする変更などを行うことができる。
【００４０】
なお、本願の特許請求の範囲に記載して構成と上記実施形態の構成との対応は次のとおりである。「偏光分離素子」は偏光ビームスプリッター１１に対応している。「第１〜第４の方向」が、Ａ〜Ｄ方向に対応している。「第１の偏光方向」がｓ偏光に対応している。「第２の偏光方向」がｐ偏光に対応している。「第１の反射型液晶パネル」が反射型液晶パネル１２に対応している。「第２の反射型液晶パネル」が反射型液晶パネル１３に対応している。「所定の画像信号」が制御部１７に入力される画像信号に対応している。「第１の制御信号」が制御部１７から反射型液晶パネル１２に入力される制御信号に対応している。「第２の制御信号」が制御部１７から反射型液晶パネル１３に入力される制御信号に対応している。「リレーレンズ」がリレーレンズ１５に対応している。「光源」が光源２１に対応している。「制御手段」が制御部１７に対応している。「変調手段」が、透過型液晶パネル１０１〜１０３と、クロスプリズム１０４と、λ／４板１４とを組み合わせた構成に対応している。「投写レンズ」が投写レンズ１６に対応している。
【符号の説明】
【００４１】
１  液晶プロジェクター
１０  光学系装置
１１  偏光ビームスプリッター
１２  反射型液晶パネル
１３  反射型液晶パネル
１４  λ／４板
１５  リレーレンズ
１６  投写レンズ
１７  制御部
２１  光源
１０１〜１０３  透過型液晶パネル
１０４  クロスプリズム
【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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