(57)【要約】【課題】階調の高い投射画像を得ることができる液晶プロジェクタを提供する。【解決手段】液晶プロジェクタは、光源１からの照明光を入力画像情報に応じて変調して変調光を出射する反射型液晶パネル２１〜２３と、反射型液晶パネル２１〜２３からの変調光を結像させるレンズ３１，３２と、反射型液晶パネル２１〜２３と共役な位置に配置され、結像された像光を入力画像情報に応じて変調して変調光を出射する透過型液晶パネル４１〜４３と、反射型液晶パネル４１〜４３の光出射側に配置され、変調光の偏光方向を所定方向に揃える偏光子５１〜５３と、透過型液晶パネル４１〜４３からの変調光を像光として投射する投射レンズ５４とを備える。【選択図】図１
2009175421.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの照明光を入力画像情報に応じて変調して変調光を出射する第１液晶パネルと、
前記第１液晶パネルからの変調光を結像させるリレー光学系と、
前記第１液晶パネルと共役な位置に配置され、前記リレー光学系により結像された像光を、入力画像情報に応じて変調して変調光を出射する第２液晶パネルと、
前記第２液晶パネルの光出射側に配置され、前記第２液晶パネルからの変調光の偏光方向を所定方向に揃える偏光部と、
前記第２液晶パネルからの変調光を像光として投射する投射光学系とを備えることを特徴とする液晶プロジェクタ。
【請求項２】
前記第２液晶パネルの画素ピッチが、前記第１液晶パネルの画素ピッチに前記リレー光学系の結像倍率に等しい所定倍率を乗じた画素ピッチであることを特徴とする請求項１に記載の液晶プロジェクタ。
【請求項３】
前記第２液晶パネルの有効画素領域の外形形状が、前記第１液晶パネルの有効画素領域の外形形状に対して前記所定倍率の相似形状であり、
前記第２液晶パネルの有効画素領域の画素数と、前記第１液晶パネルの有効画素領域の画素数とが同一であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶プロジェクタ。
【請求項４】
前記第１液晶パネルが、反射型液晶パネルからなり、
前記第２液晶パネルが、透過型液晶パネルからなり、
前記反射型液晶パネルの光入射側に配置され、前記光源からの照明光および前記反射型液晶パネルからの反射光を反射又は透過させる偏光面を有する偏光ビームスプリッタを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の液晶プロジェクタ。
【請求項５】
前記第１液晶パネルおよび前記第２液晶パネルが、ともに透過型液晶パネルからそれぞれなり、
前記第１液晶パネルの光入射側および光出射側に、変調光の偏光方向を所定方向に揃える偏光板をそれぞれ備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の液晶プロジェクタ。
【請求項６】
前記第１液晶パネルが、第１から第３の色光をそれぞれ変調する複数の第１各色用液晶パネルからなり、
前記第２液晶パネルが、第１から第３の色光をそれぞれ変調する複数の第２各色用液晶パネルからなり、
前記光源からの照明光を第１から第３の色光に分離する色光分離部と、前記第２各色用液晶パネルで変調された各色の変調光を合成する色光合成部とを備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の液晶プロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像光をスクリーン上に拡大投写して投写像を表示する液晶プロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の液晶プロジェクタとしては、光源ランプから出射された光をダイクロイックミラーにより光の波長別に３色光（青色光，緑色光，赤色光）に分離し、この分離された各光は色別に画像情報に応じて駆動される液晶パネルを照明し、照明された液晶パネルから出射される各色の像光を合成し、合成されたカラー像を投射レンズによって適当な拡大率でスクリーンに投影するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平２−１１８６２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年では、液晶デバイス等の表示素子の高性能化（高画素化）に伴い、高い階調の画像を得ることが求められている。しかしながら、高い階調を得るためには、階調調整に高い精度が要求され、表示素子を精密に動作させる複雑な制御が必要となるため、機器のコストを上昇させるという課題がある。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、階調の高い投射画像を得ることができる液晶プロジェクタ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】
【０００６】
本発明を例示する態様に従えば、光源からの照明光を入力画像情報に応じて変調して変調光を出射する第１液晶パネルと、第１液晶パネルからの変調光を結像させるリレー光学系と、第１液晶パネルと共役な位置に配置され、リレー光学系により結像された像光を、入力画像情報に応じて変調して変調光を出射する第２液晶パネルと、第２液晶パネルの光出射側に配置され、第２液晶パネルからの変調光の偏光方向を所定方向に揃える偏光部と、第２液晶パネルからの変調光を像光として投射する投射光学系とを備えることを特徴とする液晶プロジェクタが提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、第１液晶パネルおよび第２液晶パネルで２段階の光強度変調を行うことにより、階調の高い投射画像を得ることができる液晶プロジェクタを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態の液晶プロジェクタは、光源から出射された光束を液晶パネルで光強度変調して形成した光学像をスクリーンに投射するものである。
【実施例１】
【０００９】
まず、図１を用いて第１の実施形態の液晶プロジェクタについて説明する。図１は、第１の実施形態の液晶プロジェクタを示す構成図である。液晶プロジェクタは、照明光を発生させる光源１、リレーレンズ２、ダイクロイックミラー３〜６、コンデンサレンズ７〜９、偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳと称する）１１〜１３、ライトバルブの一種である反射型液晶パネル２１〜２３、レンズ３１〜３６、ライトバルブの一種である透過型液晶パネル４１〜４３、偏光子５１〜５３および投射レンズ５４を備えている。
【００１０】
光源１から出射された白色光はリレーレンズ２を通過後、光路上の第１ダイクロイックミラー３に入射し、三原色の青色光ＬＢ、緑色光ＬＧおよび赤色光ＬＲのうち第１の色光として例えば青色光ＬＢを略９０°向きを変えて反射するとともに、第２および第３の色光として例えば緑色光ＬＧおよび赤色光ＬＲを透過する。分離後の青色光ＬＢはコンデンサレンズ７を通過し、ＰＢＳ１１に入射する。緑色光ＬＧおよび赤色光ＬＲはさらに、第２ダイクロイックミラー４に入射し、緑色光ＬＧを略９０°向きを変えて反射するとともに、赤色光ＬＲを透過する。分離後の緑色光ＬＧは、コンデンサレンズ８を通過したのちＰＢＳ１２に入射し、分離後の赤色光ＬＲは、コンデンサレンズ９を通過したのちＰＢＳ１３に入射する。
【００１１】
ＰＢＳ１１，１２，１３に入射した光は、偏光分離膜によりＳ偏光光とＰ偏光光とに分離される。偏光分離膜はＰ偏光光を透過し、Ｓ偏光光を反射するように構成されており、ＰＢＳ１１，１２，１３を透過した各色光ＬＢ，ＬＧ，ＬＲの各Ｐ偏光光は、反射型液晶パネル２１，２２，２３にそれぞれ入射する。
【００１２】
反射型液晶パネル２１，２２，２３は、入射光を、入力された画像情報に応じて空間光変調を行い、変調光として反射して出射する。反射型液晶パネル２１，２２，２３の各画素は、印加電圧により液晶分子の配列が変化し、液晶層が位相板の役目を果たすようになっている。そして、反射型液晶パネル２１，２２，２３は、ＰＢＳ１１，１２，１３から入射した各Ｐ偏光光を入力された画像情報に応じて印加電圧を制御することにより、液晶パネルを構成する画素単位で偏光状態を変調（輝度変調）し、再び、ＰＢＳ１１，１２，１３にそれぞれ入射させる。
【００１３】
反射型液晶パネル２１から出射された変調光に含まれるＰ偏光光は、ＰＢＳ１１を透過して光源１へと戻って、その一部は再び照明光として利用される。一方、反射型液晶パネル２１から出射された変調光に含まれるＳ偏光光は、詳細は図２に示すように、ＰＢＳ１１の偏光分離膜で略９０°向きを変えて反射され、レンズ３１で平行光に変換されたのち、レンズ３２により反射型液晶パネル２１と光学的に共役な位置に配置された透過型液晶パネル４１の画像形成領域に投影される。
【００１４】
透過型液晶パネル４１は、入射光を入力された画像情報に応じて空間光変調を行い、変調光として透過して出射する。透過型液晶パネル４１の各画素は印加電圧により液晶分子の配列が変化し、液晶層が位相板の役目を果たすようになっている。そして、透過型液晶パネル４１は、レンズ３２から入射したＳ偏光光を入力された画像情報に応じて印加電圧を制御することにより、液晶パネルを構成する画素単位で偏光状態を変調（輝度変調）し、偏光子５１に出射する。
【００１５】
ここで、画像情報に応じて透過型液晶パネル４１の画像形成領域に形成される画像パターンは、レンズ３１，３２により画像形成領域に投影される反射型液晶パネル２１の光学像と重なるようになされている。すなわち、レンズ３１，３２による結像倍率をβとすると、反射型液晶パネル２１の画像形成領域に形成された光学像は、透過型液晶パネル４１の画像形成領域上にβ倍で拡大投影されるため、この拡大投影された光学像と画像パターンとが重なるように、透過型液晶パネル４１の画像形成領域の形状は反射型液晶パネル２１の画像形成領域の形状と相似形をなすようβ倍のサイズに設定され、且つ、透過型液晶パネル４１の画素ピッチを反射型液晶パネル２１の画素ピッチのβ倍にして、透過型液晶パネル４１を構成する画素数と反射型液晶パネル２１を構成する画素数とが一致するように設定されている。これにより透過型液晶パネル４１と反射型液晶パネル２１との画素同士が１対１に対応した状態で、透過型液晶パネル４１の画像形成領域上に倍率βで拡大投影されることとなる。
【００１６】
なお、詳細な図示および説明は省略するが、ＰＢＳ１２，１３を透過した緑および赤色光ＬＧ，ＬＲ（Ｐ偏光光）をそれぞれ入射した反射型液晶パネル２２，２３から透過型液晶パネル４２，４３への画像投影も同様となっており、反射型液晶パネル２２，２３で形成された光学像は、反射型液晶パネル２１で形成された光学像と画像サイズを一致させて、透過型液晶パネル４２，４３の画像形成領域上にそれぞれ同一の倍率βで拡大投影される。すなわち、反射型液晶パネル２２，２３と透過型液晶パネル４２，４３との画素同士が１対１に対応した状態で、透過型液晶パネル４２，４３の画像形成領域上に倍率βで拡大投影される。
【００１７】
このように反射型液晶パネル２１，２２，２３で光強度変調された変調光を、さらに透過型液晶パネル４１，４２，４３で光強度変調を行うため、２段階の変調を受けて透過型液晶パネル４１，４２，４３から出射される各色の映像光は階調の高いものとなる。
【００１８】
そして、透過型液晶パネル４１，４２，４３を出射した各色の映像光は、各偏光子５１，５２，５３でそれぞれ偏光方向が揃えられたのち、光路上の第３ダイクロイックミラー５および第４ダイクロイックミラー６で合成され、この合成光が投射レンズ５４を介してスクリーン（図示しない）に拡大投射されてカラー画像が表示される。
【００１９】
以上、第１実施形態に係る液晶プロジェクタでは、入力された画像情報に応じて、反射型液晶パネル２１，２２，２３で光強度変調された変調光を、さらに透過型液晶パネル４１，４２，４３が光強度変調をおこなうため、透過型液晶パネル４１，４２，４３から出射される各色の映像光は２段階の変調を受けて階調の高いものとなり、この結果、スクリーンに投射される画像も非常に階調の高い画像とすることができる。
【実施例２】
【００２０】
上述の第１実施形態においては、光強度変調部として反射型液晶パネルと透過型液晶パネルとを用いて２段階変調する構成とした場合について説明したが、この第２実施形態では、透過型液晶パネル同士により２段階変調を行う構成とした場合について、図３を用いて説明する。なお、この第２実施形態においては、第１実施形態と同一の構成要素は同一の符号を付して、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００２１】
第１実施形態では、反射型液晶パネル２１，２２，２３と光学的に共役な位置に透過型液晶パネル４１，４２，４３がそれぞれ配置されていたが、この第２実施形態では、透過型液晶パネル７１，７２，７３（図３では、７１のみが図示される）と光学的に共役な位置に透過型液晶パネル４１，４２，４３（図３では、４１のみが図示される）が配置されている。
【００２２】
また、第１実施形態ではＰＢＳ１１，１２，１３が備えられていたが、第２実施形態では透過型液晶パネル７１，７２，７３を挟むように配置された偏光板８１，８２，８３（図３では、８１のみが図示される）がそれぞれ備えられる。
【００２３】
光源１から出射された光のうち青色光ＬＢは、コンデンサレンズ７を通過したのち、偏光板８１によって透過型液晶パネル７１に入射する照明光の偏光方向が調整され、透過型液晶パネル７１に入射する。
【００２４】
透過型液晶パネル７１は、入射光を入力された画像情報に応じて空間光変調を行い、変調光として透過して出射する。透過型液晶パネル７１の各画素は印加電圧を制御することにより液晶分子の配列が変化し、液晶層が位相板の役目を果たすようになっている。そして、透過型液晶パネル７１は、入射光を、入力された画像情報に応じて印加電圧を制御することにより、液晶パネルを構成する画素単位で偏光状態を変調（輝度変調）し出射する。
【００２５】
透過型液晶パネル７１からの出射光は、偏光板８１によって所定の偏光方向の変調光のみが取り出されて、レンズ３１，３２により透過型液晶パネル７１と光学的に共役な位置に配置された透過型液晶パネル４１の画像形成領域上に投影される。
【００２６】
ここで、画像情報に応じて透過型液晶パネル４１の画像形成領域に形成される画像パターンは、レンズ３１，３２により画像形成領域に投影される透過型液晶パネル７１の光学像と重なるようになされている。すなわち、レンズ３１，３２による結像倍率をβとすると、透過型液晶パネル７１の画像形成領域に形成された光学像は、透過型液晶パネル４１の画像形成領域上にβ倍で拡大投影されるため、この拡大投影された光学像と画像パターンとが重なるように、透過型液晶パネル４１の画像形成領域の形状は透過型液晶パネル７１の画像形成領域の形状と相似形をなすようβ倍のサイズに設定され、且つ、透過型液晶パネル４１の画素ピッチを透過型液晶パネル７１の画素ピッチのβ倍にして、透過型液晶パネル４１を構成する画素数と透過型液晶パネル７１を構成する画素数とが一致するように設定されている。これにより透過型液晶パネル４１と透過型液晶パネル７１との画素同士が１対１に対応した状態で、透過型液晶パネル４１の画像形成領域上に倍率βで拡大投影されることとなる。
【００２７】
なお、詳細な図示および説明は省略するが、緑および赤色光ＬＧ，ＬＲをそれぞれ入射した透過型液晶パネル７２，７３から各透過型液晶パネル４２，４３への画像投影も同様となっており、透過型液晶パネル７２，７３で形成された光学像は、透過型液晶パネル７１で形成された光学像と画像サイズを一致させて、透過型液晶パネル４２，４３の画像形成領域上にそれぞれ同一の倍率βで拡大投影される。
【００２８】
このように透過型液晶パネル７１，７２，７３で光強度変調された変調光を、さらに透過型液晶パネル４１，４２，４３が光強度変調を行うため、２段階の変調を受けて透過型液晶パネル４１，４２，４３から出射される各色の映像光は階調の高いものとなる。
【００２９】
以上、第２実施形態に係る液晶プロジェクタでは、入力された画像情報に応じて、透過型液晶パネル７１，７２，７３で光強度変調された変調光を、さらに透過型液晶パネル４１，４２，４３が光強度変調をおこなうため、第１実施形態の場合と同様に、スクリーンに投射される画像も非常に階調の高い画像とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１実施形態に係る液晶プロジェクタの構成を示す図である。
【図２】第１実施形態に用いる反射型液晶パネルと透過型液晶パネルとの関係を説明する図である。
【図３】第２実施形態に用いる透過型液晶パネル同士の関係を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  光源
１１〜１３  偏光ビームスプリッタ
３，４  ダイクロイックミラー（色光分離部）
５，６  ダイクロイックミラー（色光合成部）
２１〜２３  反射型液晶パネル（第１液晶パネル）
３１〜３６  レンズ（リレー光学系）
４１〜４３  透過型液晶パネル（第２液晶パネル）
５１〜５３  偏光子（偏光部）
５４  投射レンズ（投射光学系）
７１〜７３  透過型液晶パネル（第１液晶パネル）
８１〜８３  偏光板
【図１】
2009175421.tif 000003
【図２】
2009175421.tif 000004
【図３】
2009175421.tif 000005