JP4337222B2 - Projection display - Google Patents

Description

Translated fromJapanese

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶パネルを空間光変調素子として用いた投射型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像をスクリーンに拡大投影することにより大画面を実現する投射型表示装置が、屋内外用の大画面の画像表示装置として普及している。この投射型表示装置は、ＣＲＴの蛍光面からの出射光をスクリーンに投射するもの（ＣＲＴプロジェクタ装置）と、光源からの出射光を空間光変調素子で変調してスクリーンに投射するものとに大別されるが、後者では、液晶パネルを空間光変調素子として用いるもの（液晶プロジェクタ装置）が主流になっている。
【０００３】
図１３は、従来の液晶プロジェクタ装置の光学系の構成例を示す。光源５１から出射した光（非偏光）が、光源からの出射光を液晶パネルに導く光学系である照明光学系（図ではそのうちの集光レンズ５２のみを示している）を経て、ＴＮ（ツイストネマティック）液晶を用いた透過型の液晶パネル５３に入射する。液晶パネル５３では、この入射光のうちの一方の振動方向の直線偏光のみが、表面の偏光板（偏光子）を経て液晶層を通過する。この直線偏光は、映像信号のレベルに応じて液晶パネル５３に印加される駆動電圧によって変調され（振動方向が最大９０゜回転し）、液晶パネル５３の反対側の表面の偏光板（検光子）で検光される。こうして液晶パネル５３を透過した光が、液晶パネルからの出射光をスクリーンに導く光学系である投射光学系（図ではそのうちの投射レンズ５４のみを示している）を経てスクリーン（図示略）に投射される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
液晶プロジェクタ装置には、ＣＲＴプロジェクタ装置と比較して、小型・軽量な装置で大画面を実現できるという利点や、光源や照明光学系を液晶パネルとは独立して設けるのでそれらの改良による高輝度化が容易であるという利点がある。
【０００５】
しかし、その反面、従来の液晶プロジェクタ装置には、低輝度部分での階調表現が劣るという欠点や、黒色の浮きが発生するのでコントラストが低いという欠点があった。
【０００６】
低輝度の部分での階調表現が劣る原因は、液晶パネルの印加電圧−透過率特性にある。液晶パネルの印加電圧−透過率特性は、図１４に例示するように、透過率が高い（図では９０％以上の）範囲（すなわち高輝度部分）では、印加電圧の変化に対する透過率の変化が緩やかであるのに対し、透過率が低い（図では１０％から９０％の）範囲（すなわち低輝度部分）では、印加電圧の変化に対する透過率の変化が急峻になっている。（図１４の横軸上において印加電圧が増大する向きは、液晶パネルの種類によって、左向きと右向きとの両方があり得る）。
【０００７】
しかも、この印加電圧−透過率特性は、液晶層の厚さ（すなわち液晶パネルのセルギャップの大きさ）と高い相関を持つので、個々の液晶パネル毎に（したがって個々の液晶プロジェクタ装置毎に）多少ばらつきがあるとともに、１つの液晶パネルでも部位によって多少ばらつきがある。そのため、低輝度部分では、印加電圧を制御することにより輝度を細かく調整することが困難である（すなわち階調表現が劣る）。
【０００８】
なお、この低輝度部分での階調表現が劣るという欠点は、もともと輝度の低い画像を表示する場合だけでなく、液晶プロジェクタ装置の輝度調整用釦を操作して輝度を下げる場合にも現れていた。すなわち、従来の液晶プロジェクタ装置では、輝度調整用釦で輝度を下げる操作が行われた場合、液晶パネルの透過率が低くなるように印加電圧を変化させていたので、図１４のような印加電圧−透過率特性から、やはり階調表現が劣ってしまう。
【０００９】
次に、黒色の浮きが発生する原因は、液晶パネルの電極基板上の配向膜にもたせたプレチルト角（配向膜と液晶分子とのなす角度）にある。液晶パネルでは、入射した直線偏光の振動方向を液晶層内で回転させない（または９０゜回転させる）ときにも、このプレチルト角の存在により、入射した直線偏光が楕円偏光になってしまうことがある。低輝度部分でこの現象が起きると、楕円偏光が部分的に検光子を通過して投射レンズに入射してしまうので、黒色の浮きが発生してコントラストが低下する。
【００１０】
そして、液晶プロジェクタ装置では、より明るい画像を表示することを目的として、照明光学系のＦナンバを小さくすることにより光源からの光の液晶パネルへの入射角を大きくする傾向にあるが、この入射角が大きくなるにつれて、プレチルトを原因とするコントラストの低下の度合いは顕著になることが知られている。図１５は、このコントラストの低下の度合いと液晶パネルへの入射角との関係（「コントラスト視野角特性」と呼ぶことにする）を例示したものである。液晶パネルのパネル面に平行な方向での光の入射方向φにかかわらず、入射角θが大きくなるほどコントラストＣＲが低くなっている。ただし、同一の入射角θの値に対するコントラストＣＲの値は入射方向φによって異なっており、全ての入射方向φに亘ってコントラストＣＲの値が等しい入射角θの値を結んだ線（「等コントラスト線」と呼ぶことにする）は、縦横比が概ね１：２程度の楕円形や長方形に近似した形状をしている。
【００１１】
このように、従来の液晶プロジェクタ装置には、低輝度部分での階調表現が劣るという欠点や、コントラストが低いという欠点があった。これに対し、こうした欠点を解消する試みも従来から全くなされていないわけではない。例えば特開平６−１０２４８４号公報には、光出力レベルの可変な光源を設け、所定期間毎に、映像信号のピークレベルが所定の基準レベルよりも低い場合に、この光源の出力レベルを小さくするとともに、映像信号のレベルを大きくして液晶パネルを駆動するようにした液晶プロジェクタ装置が開示されている。
【００１２】
この液晶プロジェクタ装置では、映像信号のピークレベルが基準レベルよりも低い場合には（すなわち低輝度部分では）、光源の出力レベルを小さくするのでスクリーンへの投射光量が減少するとともに、映像信号のレベルを大きくして液晶パネルを駆動するので液晶パネルの透過率が高くなる。したがって、低輝度部分でも、図１４の印加電圧−透過率特性特性のうち印加電圧の変化に対する透過率の変化が緩やかである範囲を利用して、輝度を細かく調整することができるようになる（すなわち階調表現が改善される）。
【００１３】
しかし、この液晶プロジェクタ装置では、スクリーンへの投射光量の減少を、出力レベルの可変な光源を設けることによって実現している。一般に液晶プロジェクタ装置では、光源として、高い発光効率を有する放電ランプ（超高圧水銀ランプ，メタルハライドランプまたはキセノンランプ等）が用いられることが多いが、こうした放電ランプの光出力レベルを可変にした場合には、放電ランプの電源部の構成が複雑になってしまう。
【００１４】
また、この液晶プロジェクタ装置では、もともと輝度の低い画像を表示する場合ではなく液晶プロジェクタ装置の輝度調整用釦を操作して輝度を下げる場合には、階調表現が改善されない。
【００１５】
また、この液晶プロジェクタ装置では、光源の出力レベルを小さくした際に、図１６に示すように、液晶パネルへの入射角が小さい光の液晶パネルへの入射光量も、この入射角が大きい光の液晶パネルへの入射光量も、均等に減少する。そのため、光源の出力レベルを小さくしても、液晶パネルへの入射角が大きい光（すなわち、図１５に示したようなコントラスト視野角特性から、コントラストを低下させる度合いの大きい光）が依然としてある程度液晶パネルに入射するので、黒色の浮きの発生によるコントラストの低下は抑制されない。
【００１６】
本発明は、上述の点に鑑み、液晶プロジェクタ装置において、光源の構成の複雑化を招くことなく、低輝度部分の階調表現を改善することや、黒色の浮きの発生によるコントラストの低下を抑制することを課題としてなされたものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本出願人は、入射光を変調して出射する液晶パネルと、光源からの出射光をこの液晶パネルに入射させる照明光学系と、この液晶パネルからの出射光をスクリーンに導く投射光学系とを有する投射型表示装置（すなわち液晶プロジェクタ装置）において、この液晶パネルへの入射角の大きい光の順に遮断する光シャッタを、照明光学系と投射光学系とのいずれか一方に配置し、所定期間毎に、外部から供給される映像信号のピークレベルを検出し、そのピークレベルが所定の基準レベルよりも小さい場合に、この光シャッタで光を遮断させるとともに、この映像信号のレベルを増大させてこの液晶パネルを駆動させる制御手段を備えたものを提案する。
【００１８】
この液晶プロジェクタ装置では、液晶パネルへの入射角の大きい光の順に遮断する光シャッタが、照明光学系と投射光学系とのいずれか一方に配置される。そして、制御手段により、所定期間毎に、外部から供給される映像信号のピークレベルが検出され、そのピークレベルが所定の基準レベルよりも小さい場合に、この光シャッタで光が遮断されるとともに、この映像信号のレベルが増大されて液晶パネルが駆動されることにより液晶パネルの透過率が高くなる。
【００１９】
このように、外部から供給される映像信号のピークレベルが基準レベルよりも低い期間では（すなわち低輝度部分では）、光シャッタで光が遮断されることによりスクリーンへの投射光量が減少するとともに、液晶パネルの透過率が高くなる。
【００２０】
したがって、低輝度部分でも、出力レベルの可変な光源を設けることによる光源の構成の複雑化を招くことなく、図１４のような印加電圧−透過率特性特性のうち印加電圧の変化に対する透過率の変化が緩やかである範囲（透過率が高い範囲）を利用して、輝度を細かく調整することができる（すなわち階調表現が改善される）。
【００２１】
そして、この液晶プロジェクタ装置では、光シャッタが液晶パネルへの入射角の大きい光の順に遮断するので、低輝度部分では、図１５のようなコントラスト視野角特性から、コントラストを低下させる度合いの大きい光のほうが、コントラストを低下させる度合いの小さい光よりも多く遮断されるようになる。これにより、コントラストを低下させる度合いの大きい光のスクリーンへの投射量が、コントラストを低下させる度合いの小さい光のスクリーンへの投射量よりも多く減少するので、黒色の浮きの発生によるコントラストの低下が抑制される。
【００２２】
なお、一例として、この光シャッタを、液晶パネルのコントラスト視野角特性に基づき、液晶パネルへの入射角が大きく、コントラストを低下させる度合いの大きい光の順に遮断するように構成することが好適である。それにより、液晶パネルへの入射角が大きくコントラストを低下させる度合いの大きい光の順に光シャッタで遮断されてスクリーンに投射されなくなるので、黒色の浮きの発生によるコントラストの低下が一層よく抑制されるようになる。
【００２３】
また、一例として、この光シャッタを、照明光学系の略瞳位置と投射光学系の略瞳位置とのいずれか一方に配置することが好適である。
【００２４】
ここで、光学系の瞳位置を通過する光束の断面形状と、結像位置でのその光の角度分布とには、光学系の瞳位置において任意の断面形状で光束を通過させると、結像位置でのその光の角度分布がその断面形状と相似形になるという関係がある。したがって、照明光学系の略瞳位置にこの光シャッタを配置した場合には、液晶パネルに入射（結像）する光の角度分布が、光シャッタを通過する光の断面形状と略相似形になり、その角度分布を越える入射角では液晶パネルに光が入射しなくなる。また、投射光学系の略瞳位置にこの光シャッタを配置した場合にも、液晶パネルに入射した光のうち、光シャッタを通過する光の断面形状と略相似形の角度分布を越える入射角の光は、液晶パネルから出射しても光シャッタを通過しなくなる（したがってスクリーンに投射されなくなる）。
【００２５】
したがって、いずれの場合にも、例えば円形の断面形状の光を通過させるように光シャッタを構成することにより、液晶パネルへの入射角の大きい光の順に遮断することが容易になり、また例えば液晶パネルの等コントラスト線（図１５参照）に略等しい断面形状の光を通過させるように光シャッタを構成することにより、コントラストを低下させる度合いの大きい光の順に遮断することが容易になる。
【００２６】
また、一例として、この制御手段を、ピークレベルが基準レベルよりも小さい場合に、ピークレベル，基準レベルをそれぞれＶｐ，Ｖｍａｘとして、（１−Ｖｐ／Ｖｍａｘ）の値に応じた量の光を光シャッタで遮断させるとともに、外部から供給される映像信号のレベルをＶｍａｘ／Ｖｐ倍に増大させて液晶パネルを駆動させるように構成することが好適である。
【００２７】
液晶パネルから投射レンズを経てスクリーンに投影される画像の明るさは、この光シャッタでの光の通過率と、液晶パネルを駆動する映像信号のレベルの増大率との積によって決定される。したがって、このように（１−Ｖｐ／Ｖｍａｘ）の値に応じた量の光を光シャッタで遮断させる（すなわちＶｐ／Ｖｍａｘの値に応じた量の光を光シャッタで通過させる）とともに、液晶パネルを駆動する映像信号のレベルをＶｍａｘ／Ｖｐ倍に増大させることにより、スクリーンに投影される画像の明るさが、この光シャッタで光を遮断しないとともにもとの映像信号のレベルのままで液晶パネルを駆動する場合の明るさからずれることが抑制される。（光シャッタでちょうど（１−Ｖｐ／Ｖｍａｘ）の量の光を遮断させた場合には、光シャッタの通過率（Ｖｐ／Ｖｍａｘ）×レベルの増大率（Ｖｍａｘ／Ｖｐ）＝１となるので、スクリーンに投影される画像の明るさを、この光シャッタで光を全く遮断しないとともにもとの映像信号のレベルのままで液晶パネルを駆動する場合と同じにすることができる。）
【００２８】
また、この光シャッタを、例えばツイストネマティック液晶を用いた液晶パネルで光を遮断するように構成するか、あるいは別の例として高分子分散液晶を用いた液晶パネルで光を遮断するように構成することが好適である。
【００２９】
こうした液晶パネルで光シャッタで光を遮断することにより、機械的に動作する部品で光を遮断するよりも、光シャッタの高速動作が可能になる。したがって、映像信号のレベルの変化にすばやく応答して、光を遮断するか否か、どの程度の量の光を遮断するかを切り換えることができるようになる。
【００３０】
また、こうした液晶パネルで光シャッタを構成する場合には、一例として、複数の同心の固定パターン電極を有する液晶パネルを用いることが好適である。それにより、液晶パネルで光シャッタを構成する場合の光シャッタの構造や制御が簡単になる。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を用いて説明する。
図１は、本発明に係る液晶プロジェクタ装置の構成例を示す。この液晶プロジェクタ装置の光学系は、光源１と、照明光学系２と、空間光変調素子としての透過型の液晶パネル３と、投射光学系（図にはそのうちの投射レンズ４のみを示している）とに大別される。
【００５０】
光源１は、放電ランプ５と、放電ランプ５の光（非偏光）を一定方向に指向させる反射鏡６とで構成されている。
【００５１】
照明光学系２には、最も光源１寄りの位置に、光源１からの出射光のうちＰ偏光を通過させＳ偏光を反射するＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）７と、ＰＢＳ７で反射されたＳ偏光をＰＢＳ７からのＰ偏光の出射方向と同じ方向に反射する反射鏡８と、反射鏡８で反射されたＳ偏光が入射する１／２波長板９とが設けられている。
【００５２】
光源１からの出射光のうちのＰ偏光は、ＰＢＳ７をそのまま通過する。他方、光源１からの出射光のうちのＳ偏光は、ＰＢＳ７で反射され、反射鏡８でＰＢＳ７からのＰ偏光の出射方向と同じ方向に反射された後、１／２波長板９でＰ偏光にされる。これにより、光源１から出射した非偏光は、Ｐ偏光に変換されて、ＰＢＳ７及び１／２波長板９から同じ方向に出射する。
【００５３】
ＰＢＳ７に対する反射鏡８及び１／２波長板９の配置は、図２に示すように、ＰＢＳ７から出射したＰ偏光と１／２波長板９から出射したＰ偏光とを合わせた光束の断面形状が、液晶パネル３の等コントラスト線（図１５に示したような楕円形や長方形に近似した形状）の縦横比と略等しい縦横比（約１：２とする）の楕円形になるように決定されている。
【００５４】
図１に示すように、照明光学系２のうちＰＢＳ７，反射鏡８及び１／２波長板９よりも液晶パネル３寄りの位置には、マイクロレンズアレイ１０，マイクロレンズアレイ１１，光シャッタ１２，集光レンズ１３が順に設けられている。ＰＢＳ７から出射したＰ偏光と１／２波長板９から出射したＰ偏光とは、マイクロレンズアレイ１０に入射する。
【００５５】
マイクロレンズアレイ１０，１１は、それぞれ小さな（例えば直径１〜５ｍｍ程度の）レンズ１０ａ，１１ａを複数個アレイ状に配列したものである（図では便宜上個々のレンズ１０ａ，１１ａを実際よりも大きく描いている）。
【００５６】
図２に示すように、全てのレンズ１０ａ，１１ａを合わせた形状は、それぞれ縦横比約１：２（液晶パネル３の等コントラスト線と略等しい縦横比）の長方形になっている。マイクロレンズアレイ１０，１１は、この長方形の長辺の方向を、ＰＢＳ７から出射したＰ偏光と１／２波長板９から出射したＰ偏光とを合わせた光束の断面である略楕円形の長辺の方向と一致させてそれぞれ配置されている。
【００５７】
マイクロレンズアレイ１０のレンズ１０ａの形状は、レンズ１０ａからの光が液晶パネル３のパネル面上に集光されるようにするために、液晶パネル３のパネル面と相似形の長方形になっている。
【００５８】
マイクロレンズアレイ１１は、マイクロレンズアレイ１０のレンズ１０ａの略焦点位置に配置されている。マイクロレンズアレイ１１のレンズ１１ａの形状は、レンズ１０ａと一対一に対応して、対応するレンズ１０ａからの光をできるだけ多く入射できる形状になっている（図２では長方形になっているが、例えば円形であってもよい）。
【００５９】
ここで、この照明光学系２のように２つのマイクロレンズアレイと集光レンズとを順に配置した光学系では、２番目のマイクロレンズアレイの位置は光学系の瞳位置の近傍になる（２番目のマイクロレンズアレイよりも僅かに集光レンズ寄りの位置が瞳位置になる）。したがって、この液晶プロジェクタ装置では、マイクロレンズアレイ１１は照明光学系２の瞳位置の近傍に位置している。
【００６０】
そして、光学系の瞳位置を通過する光束の断面形状と、結像位置でのその光の角度分布とには、図３に示すように、光学系の瞳位置において任意の断面形状（例えば矩形や円形）で光束を通過させると、結像位置でのその光の角度分布がその断面形状と相似形になるという関係がある。
【００６１】
光源１からの出射光の断面形状をＰＢＳ７，反射鏡８及び１／２波長板９により縦横比約１：２（液晶パネル３の等コントラスト線と略等しい縦横比）の略楕円形にし、且つ、マイクロレンズアレイ１０，１１の全てのレンズ１０ａ，１１ａを合わせた形状をそれぞれ縦横比約１：２の長方形にしたのは、照明光学系２の瞳位置の近傍に位置するマイクロレンズアレイ１１から液晶パネル３の等コントラスト線と略等しい縦横比の略楕円形の断面形状の光束を出射させることにより、この図３の関係を利用して、液晶パネル３に入射（結像）する光の角度分布を、液晶パネル３の等コントラスト線に近似した形状にするためである。
【００６２】
図１に示すように、マイクロレンズアレイ１１の各レンズ１１ａから出射した光は、光シャッタ１２に入射する。光シャッタ１２は、照明光学系２の瞳位置（マイクロレンズアレイ１１よりも僅かに集光レンズ１３寄りの位置）に配置されている。図４は、光シャッタ１２の構成例を示す。同図Ａに示すように、光シャッタ１２は、ＴＮ液晶を用いた透過型の液晶パネル（以下「シャッタ用液晶パネル」と呼ぶ）２１と、シャッタ用液晶パネル２１に駆動電圧を印加する液晶駆動回路２２とで構成されている。
【００６３】
シャッタ用液晶パネル２１は、透明な固定パターン電極群２３と透明なコモン電極２４とで液晶層２５を挟んだものである。シャッタ用液晶パネル２１の両側の表面には、Ｐ偏光のみを通過させる偏光板（偏光子，検光子）（図示略）が設けられている。
【００６４】
固定パターン電極群２３は、図４Ｂに示すように、固定パターン電極２３ａを中心として、リング状の固定パターン電極２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅを互いに接するようにして同心に配列したものである。各固定パターン電極２３ａ〜２３ｅの形状は、液晶パネル３の等コントラスト線と略等しい形状（縦横比が概ね１：２程度の楕円形や長方形に近似した形状）になっている。この形状の長辺の方向は、マイクロレンズアレイ１０，１１の長方形の長辺の方向と一致している。
【００６５】
シャッタ用液晶パネル２１は、マイクロレンズアレイ１１からの出射光が、この固定パターン電極２３ａ〜２３ｅの領域に入射するように配置されている。全ての固定パターン電極２３ａ〜２３ｅを合わせた面積は、この入射光の光束の断面積と略等しくなっている。また、各固定パターン電極２３ａ〜２３ｅの面積は互いに略等しくなっている。パネル面上の固定パターン電極２３ａ〜２３ｅの周辺の領域には、光を遮断する材料が用いられている。
【００６６】
液晶駆動回路２２には、この液晶プロジェクタ装置に外部から供給される映像信号Ｖｉｎに基づき、映像信号処理回路１４（図１）から制御信号が与えられる。図５は、この映像信号処理回路１４の構成例を示す。映像信号処理回路１４は、ピークレベル検出回路３１，ゲインレベル算出回路３２及び映像信号振幅変換回路３３で構成されている。ピークレベル検出回路３１では、１フレーム分の時間（例えばＮＴＳＣ方式の映像信号Ｖｉｎでは１／３０秒間）に入力される映像信号Ｖｉｎ毎に、そのピークレベルＶｐが検出される。このピークレベルＶｐは、スクリーンに投影される各フレーム毎の画像の明るさの最大レベルに対応するものである。
【００６７】
ゲインレベル算出回路３２では、この１フレーム分の時間毎に、ピークレベル検出回路３１で検出されたピークレベルＶｐと、基準レベルＶｍａｘとが比較される。この基準レベルＶｍａｘは、この液晶プロジェクタ装置に外部から供給される映像信号の予想される最大レベルよりも低く（例えばこの最大レベルを１００とすると８０程度に）設定されている。そしてゲインレベル算出回路３２では、Ｖｐ≧Ｖｍａｘのとき、ゲインレベルＧｓ＝１に設定され、他方、Ｖｐ＜Ｖｍａｘのとき、ゲインレベルＧｓ＝Ｖｐ／Ｖｍａｘ（すなわち０≦Ｇｓ＜１）に設定される。したがって、映像信号Ｖｉｎのうちの高輝度部分（高輝度のフレームの部分）ではゲインレベルＧｓが１になり、他方、映像信号Ｖｉｎのうちの低輝度部分（低輝度のフレームの部分）ではゲインレベルＧｓがＶｐ／Ｖｍａｘになる。
【００６８】
映像信号振幅変換回路３３では、映像信号Ｖｉｎの全体のレベルを、ゲインレベル算出回路３２で設定されたゲインレベルＧｓの逆数である１／Ｇｓ倍に変換した映像信号Ｖｃが作成される。したがって、映像信号Ｖｉｎのうちの高輝度部分では、映像信号Ｖｃは映像信号Ｖｉｎそのままのレベルとなり、他方、映像信号Ｖｉｎのうちの低輝度部分では、映像信号Ｖｃは映像信号Ｖｉｎの全体のレベルをＶｍａｘ／Ｖｐ倍に増大させたものとなる。この映像信号Ｖｃは、液晶パネル３を駆動する液晶駆動回路１５（図１）に送られる。
【００６９】
図４の液晶駆動回路２２には、この映像信号処理回路１４のゲインレベル算出回路３２で設定されたゲインレベルＧｓを示す信号が、制御信号として与えられる。液晶駆動回路２２では、このゲインレベルＧｓの値に応じて、次のような場合分けをして、シャッタ用液晶パネル２１の固定パターン電極２３ａ〜２３ｅ及びコモン電極２４に駆動電圧を印加する。
【００７０】
（ａ）Ｇｓ＝１のとき、全ての固定パターン電極２３ａ〜２３ｅの部分で光を透過させるような（すなわち光シャッタ１２での光の通過率が１００％になるような）駆動電圧を印加する。
（ｂ）０．７５≦Ｇｓ＜１のとき、固定パターン電極２３ａ〜２３ｄの部分では光を透過させ、固定パターン電極２３ｅの部分では光を透過させないような（すなわち光シャッタ１２での光の通過率が８０％になるような）駆動電圧を印加する。
（ｃ）０．５≦Ｇｓ＜０．７５のとき、固定パターン電極２３ａ〜２３ｃの部分では光を透過させ、固定パターン電極２３ｄ及び２３ｅの部分では光を透過させないような（すなわち光シャッタ１２での光の通過率が６０％になるような）駆動電圧を印加する。
（ｄ）０．２５≦Ｇｓ＜０．５のとき、固定パターン電極２３ａ及び２３ｂの部分では光を透過させ、固定パターン電極２３ｃ〜２３ｅの部分では光を透過させないような（すなわち光シャッタ１２での光の通過率が４０％になるような）駆動電圧を印加する。
（ｅ）０＜Ｇｓ＜０．２５のとき、固定パターン電極２３ａの部分では光を透過させ、固定パターン電極２３ｂ〜２３ｅの部分では光を透過させないような（すなわち光シャッタ１２での光の通過率が２０％になるような）駆動電圧を印加する。
（ｆ）Ｇｓ＝０のとき、全ての固定パターン電極２３ａ〜２３ｅの部分で光を透過させないような（すなわち光シャッタ１２での光の通過率が０％になるような）駆動電圧を印加する。
【００７１】
したがって、光シャッタ１２では、映像信号Ｖｉｎのうちの高輝度部分では、入射光の通過率が１００％になり（上記（ａ））、他方、映像信号Ｖｉｎのうちの低い輝度部分では、輝度の低さに応じて、図６に示すように入射光が周辺部分から順に遮断されることにより、入射光の通過率が８０％，６０％，４０％，２０％，０％と減少する（上記（ｂ）〜（ｆ））。
【００７２】
そして、高輝度部分では、最も外側の固定パターン電極２３ｅの輪郭形状を断面形状とする光束が光シャッタ１２を通過する。また、低輝度部分では、輝度の低さに応じて、固定パターン電極２３ｄ，２３ｃ，２３ｂまたは２３ａの輪郭形状を断面形状とする光束（すなわち、液晶パネル３の等コントラスト線と略等しい形状を維持しつつ、輝度の低さに応じて面積が狭くなる光束）が光シャッタ１２を通過する。
【００７３】
このように、光シャッタ１２を照明光学系２の瞳位置に配置するとともに、光シャッタ１２を通過する光束の断面形状を液晶パネル３の等コントラスト線と略等しい形状にしたのは、やはり、図３に示した瞳位置での光束の断面形状と結像位置での光の角度分布との関係を利用して、液晶パネル３に入射（結像）する光の角度分布を、液晶パネル３の等コントラスト線と略等しい形状にして、その角度分布を越える入射角では液晶パネル３に光を入射させないようにするためである。
【００７４】
また、映像信号Ｖｉｎの輝度の低さに応じて、光シャッタ１２を通過する光束を、液晶パネル３の等コントラスト線と略等しい形状を維持しつつ面積が狭くなるようにしたのは、輝度の低さに応じて、コントラストを低下させる度合いの大きい入射角の光の順に（例えば図１５ではＣＲ＝５，１０，２０，…の等コントラスト線に対応する入射角の光の順に）液晶パネル３に入射させないようにするためである。
【００７５】
図１に示すように、光シャッタ１２を通過した光は、集光レンズ１３で空間的に重畳されて、液晶パネル３に入射する。液晶パネル３は、ＴＮ液晶を用いたアクティブマトリクス駆動方式のものであり、図１５に示したようなコントラスト視野角特性を有している（但し、図１５では等コントラスト線（縦横比が概ね１：２程度の楕円形や長方形に近似した形状）の長辺の方向が液晶パネルの底辺の方向と異なっているが、ここではこの２つの方向が一致しているものとする）。
【００７６】
液晶パネル３には、映像信号処理回路１４（図５）で作成された映像信号Ｖｃのレベルに応じた駆動電圧が、液晶駆動回路１５から印加される。したがって、映像信号Ｖｉｎのうちの高輝度部分では、映像信号Ｖｉｎそのままのレベルに応じた駆動電圧が液晶パネル３に印加され、他方、映像信号Ｖｉｎのうちの低輝度部分では、映像信号Ｖｉｎの全体のレベルをＶｍａｘ／Ｖｐ倍に増大させたレベルに応じた駆動電圧が液晶パネル３に印加される。
【００７７】
液晶パネル３では、液晶パネル３への入射光のうちのＰ偏光のみが、表面の偏光板（偏光子）を経て液晶層を通過する。この直線偏光は、液晶駆動回路１５から印加される駆動電圧によって変調され（振動方向が最大９０゜回転し）、液晶パネル３の反対側の表面の偏光板（検光子）で検光されることにより、図１４のような印加電圧−透過率特性で液晶パネル３を透過する。
【００７８】
図１に示すように、液晶パネル３を透過した光は、投射レンズ４に入射してスクリーン（図示略）に投射される。
【００７９】
次に、この液晶プロジェクタ装置の動作を説明する。
光源１から光が出射すると、その出射光が、ＰＢＳ７，反射鏡８及び１／２波長板９により、Ｐ偏光に変換され、且つ、縦横比約１：２（液晶パネル３の等コントラスト線と略等しい縦横比）の略楕円形の断面形状の光束にされて、マイクロレンズアレイ１０に入射する。
【００８０】
このマイクロレンズアレイ１０への入射光は、マイクロレンズアレイ１０のレンズ１０ａ（図２）で集光されて、マイクロレンズアレイ１１の対応するレンズ１１ａ（図２）に入射する。マイクロレンズアレイ１０，１１の全てのレンズ１０ａ，１１ａを合わせた形状がそれぞれ縦横比約１：２の長方形になっているので、マイクロレンズアレイ１１から出射する光束の断面形状も縦横比約１：２の略楕円形になる。
【００８１】
マイクロレンズアレイ１１からの出射光は、光シャッタ１２に入射する。
ここで、この液晶プロジェクタ装置に外部から供給される映像信号Ｖｉｎのうちの高輝度部分では、映像信号処理回路１４（図５）によりゲインレベルＧｓ＝１に設定されるので、光シャッタ１２では光が全く遮断されない。したがって、光シャッタ１２を通過する光束の断面形状は、シャッタ用液晶パネル２１（図４）の最も外側の固定パターン電極２３ｅの輪郭形状になる。
【００８２】
その結果、液晶パネル３には、図７Ａに示すように固定パターン電極２３ｅの輪郭形状と相似形の角度分布（すなわち液晶パネル３の等コントラスト線と略等しい形状の角度分布）で光が入射する。
【００８３】
そして、この高輝度部分では、ゲインレベルＧｓ＝１なので、映像信号処理回路１４で、映像信号Ｖｉｎそのままのレベルの映像信号Ｖｃが作成される。したがって、液晶パネル３には、映像信号Ｖｉｎそのままのレベルに応じた駆動電圧（図１４のような印加電圧−透過率特性において高い透過率に対応した駆動電圧）が、液晶駆動回路１５から印加される。
【００８４】
他方、この映像信号Ｖｉｎのうちの低輝度部分では、映像信号処理回路１４によりゲインレベルＧｓ＝Ｖｐ／Ｖｍａｘに設定されるので、光シャッタ１２を通過する光束の断面形状は、輝度の低さに応じて、シャッタ用液晶パネル２１（図４）の固定パターン電極２３ｄ，２３ｃ，２３ｂまたは２３ａの輪郭形状（液晶パネル３の等コントラスト線と略等しい形状を維持しつつ、面積を狭くした形状）になる。
【００８５】
その結果、液晶パネル３には、図７Ｂに示すように固定パターン電極２３ｄ，２３ｃ，２３ｂまたは２３ａの輪郭形状と相似形の角度分布（すなわち、液晶パネル３の等コントラスト線と略等しい形状の角度分布であるとともに、コントラストを低下させる度合いの大きい入射角の光の順に液晶パネル３に入射しなくなるような角度分布）で光が入射する。その結果、輝度の低さに応じて、コントラストを低下させる度合いの大きい入射角の光の順に、液晶パネル３に入射しなくなる（すなわちスクリーンに投射されなくなる）。
【００８６】
そして、この低輝度部分では、ゲインレベルＧｓ＝Ｖｐ／Ｖｍａｘなので、映像信号処理回路１４で、映像信号Ｖｉｎの全体のレベルをＶｍａｘ／Ｖｐ倍に増大させた映像信号Ｖｃが作成される。したがって、液晶パネル３には、このＶｍａｘ／Ｖｐ倍に増大させたレベルに応じた駆動電圧（やはり図１４のような印加電圧−透過率特性において高い透過率に対応した駆動電圧）が、液晶駆動回路１５から印加される。その結果、やはり液晶パネル３の透過率が高くなる。
【００８７】
このように、この液晶プロジェクタ装置では、映像信号Ｖｉｎのうちの低輝度部分で、コントラストを低下させる度合いの大きい光の順に光シャッタ１２で遮断されることによりスクリーンに投射されなくなるとともに、液晶パネル３の透過率が高くなる。
【００８８】
これにより、低輝度部分でも、出力レベルの可変な光源を設ける場合のような光源の構成の複雑化を招くことなく、液晶パネル３の印加電圧−透過率特性特性のうちの印加電圧の変化に対する透過率の変化が緩やかである範囲を利用して、輝度を細かく調整することができるようになっている（すなわち低輝度部分の階調表現が改善されている）。
【００８９】
そして、映像信号Ｖｉｎのうちの低輝度部分では、マイクロレンズアレイ１１からの出射光が、液晶パネル３の視野角特性に応じて、コントラストを低下させる度合いの大きい光の順に、照明光学系２の瞳位置に位置する光シャッタ１２で遮断される。
【００９０】
これにより、低輝度部分では、コントラストを低下させる度合いの大きい光の順に液晶パネル３に入射されなくなる（すなわちスクリーンに投射されなくなる）ので、黒色の浮きの発生によるコントラストの低下が抑制されている。
【００９１】
また、照明光学系２の瞳位置に光シャッタ１２を配置しているので、図４に示したように液晶パネル３の等コントラスト線に略等しい断面形状の光を通過させるように光シャッタ１２を構成することにより、コントラストを低下させる度合いの大きい光の順に光シャッタ１２で遮断することが容易になっている。
【００９２】
また、液晶パネル３から投射レンズ４を経てスクリーンに投影される画像の明るさは、光シャッタ１２での光の通過率と映像信号Ｖｉｎに対する映像信号Ｖｃのレベルの増大率との積によって決定されるが、低輝度部分では、Ｖｐ／Ｖｍａｘの値に応じた量の光が光シャッタ１２で通過するとともに、映像信号Ｖｃのレベルが映像信号ＶｉｎのレベルのＶｍａｘ／Ｖｐ倍になるので、スクリーンに投影される画像の明るさが、光シャッタ１２で光を全く遮断しないとともに映像信号Ｖｃのレベルを映像信号Ｖｉｎと同じにした場合の明るさからずれることが抑制されている。
【００９３】
すなわち、ゲインレベルＧｓの値がちょうど０．８，０．６，０．４，０．２になる場合には、前述の（ｂ）〜（ｅ）のようにそれぞれ光シャッタの通過率が８０％，６０％，４０％，２０％になるとともに、映像信号Ｖｃのレベルが映像信号Ｖｉｎのレベルの映像信号Ｖｉｎのレベルのそれぞれ１／０．８，１／０．６，１／０．４，１／０．２倍になることにより、この通過率×レベルの増大率＝１となるので、スクリーンに投影される画像の明るさが、光シャッタ１２で光を全く遮断しないとともに映像信号Ｖｃのレベルを映像信号Ｖｉｎと同じにした場合と同じになる。また、ゲインレベルＧｓがそれ以外の値になる場合でも、この通過率×レベルの増大率が１から大きくずれることはないので、スクリーンに投影される画像の明るさが、光シャッタ１２で光を全く遮断しないとともに映像信号Ｖｃのレベルを映像信号Ｖｉｎと同じにした場合の明るさからずれることが抑制されている。
【００９４】
また、図４に示したように液晶パネルで光を遮断するように光シャッタ１２を構成しているので、機械的に動作する部品で光を遮断する場合よりも、光シャッタ１２の高速動作が可能である。したがって、映像信号Ｖｉｎのレベルの変化にすばやく応答して、光を遮断するか否か、どの程度の量の光を遮断するかを切り換えることができるようになっている。
【００９５】
また、このシャッタ用液晶パネルとして、複数の同心の固定パターン電極を有する液晶パネルを用いているので、光シャッタ１２の構造や制御が簡単になっている。
【００９６】
しかも、この液晶プロジェクタ装置では、ＰＢＳ７，反射鏡８及び１／２波長板９という３つの光学素子だけの組み合わせにより、光源１からの出射光がＰ偏光に変換される。したがって、例えば既存の偏光変換素子のような構成が複雑であるとともに高価な光学素子を用いて光源１からの出射光をＰ偏光に変換する場合と比較して、光学系の複雑化やコスト高を招くことなく、光源１からの出射光の利用効率が高まって、より明るい画像がスクリーンに表示される。
【００９７】
また、この液晶プロジェクタ装置では、ＰＢＳ７から出射したＰ偏光と１／２波長板９から出射したＰ偏光とを合わせた光束の断面形状を縦横比１：２（液晶パネル３の等コントラスト線と略等しい縦横比）の略楕円形にし、且つ、マイクロレンズアレイ１０，１１の全てのレンズ１０ａ，１１ａを合わせた形状を縦横比１：２の長方形にすることにより、照明光学系２の瞳位置の近傍に位置するマイクロレンズアレイ１１から、縦横比約１：２の略楕円形の断面形状の光束が出射する。（したがって、仮に光シャッタ１２が存在しなかったとした場合にも、液晶パネル３への入射光の角度分布は、図７Ｃに示すように、液晶パネル３の等コントラスト線に近似した形状になる。）
【００９８】
このように、マイクロレンズアレイ１１からの出射光の断面形状が液晶パネル３の等コントラスト線に近似しているとともに、光シャッタ１２を通過する光の断面形状もこの等コントラスト線と略等しくなっているので、光シャッタ１２の全ての固定パターン電極２３ａ〜２３ｅの部分で光を透過させる場合（前述の（ａ）の場合）には、マイクロレンズアレイ１１からの出射光のほとんど全てが光シャッタ１２を通過する。したがって、この点からも、光の利用効率が高まって、明るい画像がスクリーンに表示されるようになっている。
【００９９】
なお、以上の例では、液晶パネル３の等コントラスト線の長辺の方向が、液晶パネル３の底辺の方向と一致しているものとして説明を行った。これに対し、この２つの方向が異なっている場合には、マイクロレンズアレイ１０，１１の形状を変更するとともに、液晶パネル３の配置を変更する必要がある。
【０１００】
図８は、この場合のマイクロレンズアレイ１０，１１の形状を示す。このマイクロレンズアレイ１０，１１では、レンズ１０ａ，１１ａがマイクロレンズアレイ１０，１１の底辺１０ｂ，１１ｂに対してそれぞれ斜め方向に配列されており、全てのレンズ１０ａ，１１ａを合わせた形状が、それぞれ縦横比約１：２（液晶パネル３の等コントラスト線と略等しい縦横比）の略長方形になっている。底辺１０ｂ，１１ｂの方向に対するレンズ１０ａ，１１ａの配列方向の角度は、液晶パネル３の底辺の方向に対する液晶パネル３の等コントラスト線の長辺の方向の角度と一致した角度になっている。（図でも便宜上個々のレンズ１０ａ，１１ａを大きく描いているが、個々のレンズ１０ａ，１１ａは実際はこれよりもかなり小さいので、全てのレンズ１０ａ，１１ａを合わせた形状を略長方形にすることは容易である。また、この場合にも、レンズ１１ａの形状はやはり円形であってもよい。）
【０１０１】
図９は、この場合の液晶パネル３の配置例を示している。液晶パネル３は、等コントラスト線の長辺の方向を、光シャッタ１２を通過する光束の断面形状の長辺の方向と一致させるように、パネル面に平行な面上で底辺３ａを傾けて配置されている。
【０１０２】
マイクロレンズアレイ１０，１１を図８のような形状にするとともに液晶パネル３を図９のように配置することにより、液晶パネル３の等コントラスト線の長辺の方向が液晶パネル３の底辺の方向と異なっている場合にも、液晶パネル３への入射光の角度分布が液晶パネル３の等コントラスト線と略等しい形状になるとともに、マイクロレンズアレイ１０のレンズ１０ａからの光が液晶パネル３に集光されるようになる。
【０１０３】
また、以上の例では、光源１から出射された非偏光を、ＰＢＳ７，反射鏡８及び１／２波長板９によりＰ偏光に変換している。しかし、別の例として、ＰＢＳ７，反射鏡８及び１／２波長板９を設けないようにしてもよく、あるいはまた、ＰＢＳ７，反射鏡８及び１／２波長板９の代わりに既存の偏光変換素子を用いて光源１からの出射光をＰ偏光に変換してもよい。その場合にもやはり、前述のような液晶駆動回路１５の制御に基づく光シャッタ１２及び液晶パネル３の動作により、低輝度部分の階調表現が改善されるとともに、黒色の浮きの発生によるコントラストの低下が抑制される。
【０１０４】
また、以上の例では、照明光学系２の瞳位置の近傍に位置するマイクロレンズアレイ１１から、液晶パネル３の等コントラスト線と略等しい縦横比の略楕円形の断面形状の光束が出射するようにしている。しかし、別の例として、照明光学系の瞳位置の近傍に位置するマイクロレンズアレイから、光源１から出射したままの断面形状の光束を出射させるようにしてもよい。その場合にもやはり、前述のような液晶駆動回路１５の制御に基づく光シャッタ１２及び液晶パネル３の動作により、低輝度部分の階調表現が改善されるとともに、黒色の浮きの発生によるコントラストの低下が抑制される。
【０１０５】
図１０は、ＰＢＳ７，反射鏡８及び１／２波長板９を設けないとともに、照明光学系の瞳位置の近傍に位置するマイクロレンズアレイから、光源１から出射したままの断面形状の光束を出射させるようにした場合の液晶プロジェクタ装置の構成例を示したものであり、図１と共通する部分には同一の符号を付している。
【０１０６】
この液晶プロジェクタ装置の照明光学系１６にはマイクロレンズアレイ１７，マイクロレンズアレイ１８，光シャッタ１２，集光レンズ１３が順に設けられており、光源１からの出射光が直接マイクロレンズアレイ１７に入射する。マイクロレンズアレイ１７，マイクロレンズアレイ１８は、全てのレンズを合わせた形状がマイクロレンズアレイ１０，１１におけるような縦横比約１：２の長方形（図２）になっていない点を除いては、マイクロレンズアレイ１０，１１と同様の構成及び配置になっている。
【０１０７】
この液晶プロジェクタ装置では、光源１から出射したままの断面形状の非偏光がマイクロレンズアレイ１８から光シャッタ１２に入射するが、やはり、液晶駆動回路１５の制御に基づく光シャッタ１２及び液晶パネル３の動作により、低輝度部分の階調表現が改善されるとともに、黒色の浮きの発生によるコントラストの低下が抑制される。
【０１０８】
また、以上の例では、映像信号処理回路１４により、液晶プロジェクタ装置に外部から供給される映像信号Ｖｉｎのピークレベルを検出し、このピークレベルが基準レベルよりも小さい場合に、光シャッタ１２で光を遮断させるとともに、映像信号のレベルＶｉｎを増大させて液晶パネル３を駆動させている。しかし、別の例として、図１１に示すように、液晶プロジェクタ装置の輝度調整用釦４１で輝度を下げる操作が行われたことに基づき、その操作量に応じてゲインレベルＧｓ（０≦Ｇｓ≦１）を設定するゲインレベル算出回路４２を設け、このゲインレベルＧｓの値に応じて前述の（ａ）〜（ｆ）のように光シャッタ１２で光を遮断するようにしてもよい。
【０１０９】
それにより、輝度を下げるように輝度調整用釦４１を操作した場合に、従来のように液晶パネル３の透過率が低くなるように印加電圧（液晶駆動回路１５から液晶パネル３に印加される駆動電圧）が変化する代わりに、その操作量に応じて、コントラストを低下させる度合いの大きい光の順にスクリーンに投射されなくなる。したがって、光源１の構成の複雑化を招くことなく、図１４の印加電圧−透過率特性特性のうちの印加電圧の変化に対する透過率の変化が緩やかである範囲を利用して、輝度を細かく調整することができるようになり（すなわち階調表現が改善され）、且つ、黒色の浮きの発生によるコントラストの低下が抑制される。
【０１１０】
また、以上の例では、シャッタ用液晶パネル２１の固定パターン電極の数を５つにしているが、この固定パターン電極の数を例えば３つや４つにしてもよく、あるいは６つ以上にしてもよい。この固定パターン電極の数を６つ以上にした場合には、スクリーンに投影される画像の明るさが、光シャッタ１２で光を全く遮断しないとともに映像信号Ｖｃのレベルを映像信号Ｖｉｎと同じにした場合の明るさからずれることが、一層よく抑制されるようになる。
【０１１１】
また、以上の例では、ＴＮ液晶を用いた液晶パネルで光を遮断するように光シャッタ１２を構成しているが、別の例として、高分子分散液晶（ＰＤＬＣ）を用いた液晶パネルで光を遮断するように光シャッタ１２を構成してもよい。
【０１１２】
高分子分散液晶は、駆動電圧の非印加時には白濁になっており、駆動電圧を印加すると透明に変化するものである。駆動電圧の非印加時には、図１２に示すように、高分子分散液晶４３への入射光が、高分子分散液晶４３から拡散されて出射する。したがって、高分子分散液晶４３からの出射光のうち図１の集光レンズ１３に入射する光の割合が少なくなるので、液晶パネル３への入射光量が減少する（すなわち光シャッタ１２での光の通過率が下がる）。他方、駆動電圧の印加時には、高分子分散液晶４３からの出射光が拡散されることがないので、液晶パネル３への入射光量は減少しない。
【０１１３】
この高分子分散液晶を用いた液晶パネルは、ＴＮ液晶を用いた液晶パネルと異なり、偏光子や検光子が不要である。したがって、高分子分散液晶を用いた液晶パネルで光シャッタ１２を構成すれば、偏光子や検光子で光の吸収されることがないので、より明るい画像がスクリーンに表示されるようになる。
【０１１４】
あるいはまた、液晶パネル以外で光を遮断するように光シャッタ１２を構成してもよい。特に、図１１の例のように輝度調整用釦４１の操作に応じて光シャッタ１２で光を遮断する場合には、光シャッタ１２にあまり高速動作が要求されないので、機械的に動作する部品で光を遮断するように光シャッタ１２を構成してもよい。
【０１１５】
また、以上の例では、照明光学系２の瞳位置に光シャッタ１２を配置しているが、照明光学系２の瞳位置の代わりに、投射光学系の瞳位置のほうに光シャッタ１２を配置してもよい。そうした場合にも、液晶パネル３に入射した光のうちの、光シャッタ１２を通過する光の断面形状と略相似形の角度分布を越える入射角の光は、液晶パネル３から出射しても光シャッタ１２を通過しなくなる（したがってスクリーンに投射されなくなる）ので、照明光学系２の瞳位置に光シャッタ１２を配置した場合と同様に、黒色の浮きの発生によるコントラストの低下が抑制される。ただし、照明光学系２の瞳位置に光シャッタ１２を配置するほうが、液晶パネル３への入射光が減少するので、液晶パネル３の光による加熱を防止することができる。
【０１１６】
あるいはまた、照明光学系２や投射光学系のうちの瞳位置以外の位置に、液晶パネル３のコントラスト視野角特性に応じて、コントラストを低下させる度合いの大きい光の順に遮断する光シャッタを設けてもよい。
【０１１７】
また、以上の例では、液晶パネル３のコントラスト視野角特性に応じて、コントラストを低下させる度合いの大きい光の順に遮断する光シャッタを設けているが、液晶パネルへの入射角の大きい光の順に遮断する光シャッタを設けてもよい。例えば光シャッタ１２のように複数の固定パターン電極を同心に配列した液晶パネルで光を遮断する光シャッタにおいて入射角の大きい光の順に遮断するためには、固定パターン電極の形状を円形にすればよい。そうした場合にも、この光シャッタで光を遮断させると、図１５のようなコントラスト視野角特性から、コントラストを低下させる度合いの大きい光のほうが、コントラストを低下させる度合いの小さい光よりも多く遮断されるようになる。したがって、コントラストを低下させる度合いの大きい光のスクリーンへの投射量が、コントラストを低下させる度合いの小さい光のスクリーンへの投射量よりも多く減少するので、やはり黒色の浮きの発生によるコントラストの低下が抑制される。
【０１１８】
また、以上の例では、１フレーム分の時間毎に映像信号処理回路１４で映像信号ＶｉｎのピークレベルＶｐを検出して基準レベルＶｐと比較しているが、１フレーム分以外の所定時間毎に映像信号処理回路１４でこの検出及び比較を行うようにしてもよい。
【０１１９】
また、以上の例では、単板透過型液晶プロジェクタ装置に本発明を適用しているが、３板透過型液晶プロジェクタ装置や、単板反射型液晶プロジェクタ装置や、３板反射型液晶プロジェクタ装置にも本発明を適用してよい。
【０１２０】
また、以上の例では、光源１からの出射光の断面形状をＰＢＳ７，反射鏡８及び１／２波長板９により縦横比約１：２（液晶パネル３の等コントラスト線と略等しい縦横比）の略楕円形にし、且つ、マイクロレンズアレイ１０，１１の全てのレンズ１０ａ，１１ａを合わせた形状をそれぞれ縦横比約１：２の長方形にすることにより、マイクロレンズアレイ１１から、液晶パネル３の等コントラスト線と略等しい縦横比の略楕円形の断面形状の光束を出射させている。しかし、これに限らず、光源１からの出射光の断面形状をそれほど厳密にＰＢＳ７，反射鏡８及び１／２波長板９により液晶パネル３の等コントラスト線と略等しい縦横比の略楕円形にしなくてもよく、レンズ１０ａ，１１ａを合わせた形状もそれほど厳密に液晶パネル３の等コントラスト線と略等しい縦横比の長方形にしなくてもよい。
【０１２１】
その場合にも、ＰＢＳ７及び１／２波長板９の両方から光が出射するので、マイクロレンズアレイ１０には、一方向（ＰＢＳ７と１／２波長板９とが並んだ方向）に広がった断面形状の光束が入射する。したがって、マイクロレンズアレイ１０からマイクロレンズアレイ１１にもこの一方向に広がった断面形状の光束が入射するので、マイクロレンズアレイ１１からもこの一方向に広がった断面形状の光束が出射する。その結果、液晶パネル３に入射する光の角度分布も、一方向に広がった形状（すなわち、光源１からの出射光そのままの断面形状の光束がマイクロレンズアレイ１１から出射する場合よりも、図１４に示したような液晶パネル３の等コントラスト線に近い形状）になる。
【０１２２】
これにより、図１４に示したような液晶パネルのコントラスト視野角特性から、やはりコントラストを低下させる度合いの大きい光の液晶パネルへの入射量が減少するので、黒色の浮きの発生によるコントラストの低下が抑制される。
【０１２３】
また、以上の例では、光源１からの出射光をＰＢＳ７を用いてＰ偏光とＳ偏光とに分離しているが、Ｐ偏光を通過させるとともにＳ偏光を反射するＰＢＳ以外の偏光子（例えば偏光板）を用いて光源１からの出射光をＰ偏光とＳ偏光とに分離してもよい。
【０１２４】
また、以上の例では、ＰＢＳ７，反射鏡８で反射されたＳ偏光を１／２波長板９に入射させているが、このＳ偏光を１／２波長板以外の移相子（すなわち直線偏光の振動方向を９０度以外の角度だけ回転させるもの）に入射させてもよい。その場合にも、このＳ偏光がこの移相子で振動方向を回転される（すなわちＰ偏光成分を含むようになる）ので、光源１から出射した非偏光が、Ｐ偏光成分を多く含む光に変換される。したがって、やはり光源１からの出射光の利用効率が高まって、より明るい画像がスクリーンに表示される。
【０１２５】
また、本発明は、以上の例に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、その他様々の構成をとりうることはもちろんである。
【０１２６】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る投射型表示装置によれば、外部から供給される映像信号のうちの低輝度部分でも、出力レベルの可変な光源を設けることによる光源の構成の複雑化を招くことなく、輝度を細かく調整することができる（すなわち階調表現を改善できる）という効果が得られる。
【０１２７】
そして、低輝度部分では、液晶パネルへの入射角の大きい光の順に光シャッタで遮断されてスクリーンに投射されなくなるので、黒色の浮きの発生によるコントラストの低下を抑制できるという効果が得られる。
【０１２８】
なお、光シャッタを、液晶パネルのコントラスト視野角特性に応じて、コントラストを低下させる度合いの大きい光の順に遮断するように構成すれば、コントラストを低下させる度合いの大きい光の順に遮断されてスクリーンに投射されなくなるので、黒色の浮きの発生によるコントラストの低下を一層よく抑制できるという効果が得られる。
【０１２９】
また、光シャッタを、照明光学系の略瞳位置と投射光学系の略瞳位置とのいずれか一方に配置すれば、液晶パネルへの入射角の大きい光の順に遮断することや、コントラストを低下させる度合いの大きい光の順に遮断することが容易になるという効果も得られる。
【０１３０】
また、制御手段を、ピークレベルが基準レベルよりも小さい場合に、ピークレベル，基準レベルをそれぞれＶｐ，Ｖｍａｘとして、（１−Ｖｐ／Ｖｍａｘ）の値に応じた量の光を光シャッタで遮断させるとともに、外部から供給される映像信号のレベルをＶｍａｘ／Ｖｐ倍に増大させて液晶パネルを駆動させるように構成すれば、スクリーンに投影される画像の明るさが、光シャッタで光を遮断しないとともにもとの映像信号のレベルのままで液晶パネルを駆動する場合の明るさからずれることを抑制できるという効果も得られる。
【０１３１】
また、液晶パネルで光を遮断するように光シャッタを構成すれば、映像信号のレベルの変化にすばやく応答して、光を遮断するか否か、どの程度の量の光を遮断するかを切り換えることができるという効果も得られる。
【０１３２】
また、複数の同心の固定パターン電極を有する液晶パネルを用いれば、液晶パネルで光シャッタを構成する場合の光シャッタの構造や制御が簡単になるという効果も得られる。
【０１３３】
次に、本発明に係る投射型表示装置によれば、輝度を下げるように輝度調整用の操作手段が操作された際に、出力レベルの可変な光源を設けることによる光源の構成の複雑化を招くことなく、階調表現を改善できるという効果が得られる。
【０１３４】
そして、液晶パネルへの入射角の大きい光の順に遮断されてスクリーンに投射されなくなるので、黒色の浮きの発生によるコントラストの低下を抑制できるという効果が得られる。
【０１３５】
次に、本発明に係る投射型表示装置によれば、液晶パネルのコントラスト視野角特性に応じてコントラストを低下させる度合いの大きい光の順に遮断する光シャッタで光を遮断することにより、出力レベルの可変な光源を設けることによる光源の構成の複雑化を招くことなく、低輝度部分の階調表現を改善できるという効果が得られる。
【０１３６】
そして、液晶パネルのコントラスト視野角特性に応じて、コントラストを低下させる度合いの大きい光の順に遮断されてスクリーンに投射されなくなるので、黒色の浮きの発生によるコントラストの低下が非常によく抑制できるという効果が得られる。
【０１３７】
次に、本発明に係る投射型表示装置によれば、黒色の浮きの発生によるコントラストの低下を抑制できるとともに、光学系の複雑化やコスト高を招くことなく、光源からの出射光の利用効率を高めて、より明るい画像をスクリーンに表示できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶プロジェクタ装置の構成例を示す図である。
【図２】図１のＰＢＳの透過光及び１／２波長板９の出射光と、図１のマイクロレンズアレイの形状及び配置とを示す図である。
【図３】光学系の瞳位置を通過する光束の断面形状と結像位置でのその光の角度分布との関係を示す図である。
【図４】図１の光シャッタの構成例を示す図である。
【図５】図１の映像信号処理回路の構成例を示す図である。
【図６】図１の光シャッタでの入射光の遮断の様子を示す図である。
【図７】図１の液晶パネルへの入射光の角度分布を示す図である。
【図８】図１のマイクロレンズアレイの変更例を示す図である。
【図９】図１の液晶パネルの配置の変更例を示す図である。
【図１０】本発明の液晶プロジェクタ装置の別の構成例を示す図である。
【図１１】本発明の液晶プロジェクタ装置の別の構成例を示す図である。
【図１２】高分子分散液晶から電圧の非印加時に出射する光を示す図である。
【図１３】従来の液晶プロジェクタ装置の光学系の構成例を示す例である。
【図１４】液晶パネルの印加電圧−透過率特性特性を例示する図である。
【図１５】液晶パネルのコントラスト視野角特性を例示する図である。
【図１６】光出力レベルの可変な光源による減光の様子を示す図である。
【符号の説明】
１ 光源、 ２，１６ 照明光学系、 ３ 液晶パネル、 ３ａ 液晶パネルの底辺、 ４ 投射レンズ、 ５ 放電ランプ、 ６，８ 反射鏡、 ７ ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）、 ９ １／２波長板、 １０，１１，１７，１８マイクロレンズアレイ、 １０ａ，１１ａ マイクロレンズアレイのレンズ、１２ 光シャッタ、 １３ 集光レンズ、 １４ 映像信号処理回路、 １５，２２ 液晶駆動回路、 ２１ シャッタ用液晶パネル、 ２３ 固定パターン電極群、 ２３ａ〜２３ｅ 固定パターン電極、 ２４ コモン電極、 ２５ 液晶層、 ３１ ピークレベル検出回路、 ３２，４２ ゲインレベル算出回路、 ３３ 映像信号振幅変換回路、 ４１ 輝度調整用釦、 ４３ 高分子分散液晶[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a projection display device using a liquid crystal panel as a spatial light modulation element.
[0002]
[Prior art]
Projection-type display devices that realize a large screen by enlarging and projecting an image on a screen are widely used as large-screen image display devices for indoor and outdoor use. This projection type display device is divided into a type that projects light emitted from a fluorescent screen of a CRT onto a screen (CRT projector device) and a type that projects light emitted from a light source by a spatial light modulation element and projects it onto a screen. In the latter case, those using a liquid crystal panel as a spatial light modulation element (liquid crystal projector device) are the mainstream.
[0003]
FIG. 13 shows a configuration example of an optical system of a conventional liquid crystal projector apparatus. Light (non-polarized light) emitted from the light source 51 passes through an illumination optical system (only the condensing lens 52 is shown in the figure) that is an optical system that guides the light emitted from the light source to the liquid crystal panel, and TN (twisted). The incident light enters the transmissive liquid crystal panel 53 using nematic liquid crystal. In the liquid crystal panel 53, only the linearly polarized light in one vibration direction of the incident light passes through the liquid crystal layer through the polarizing plate (polarizer) on the surface. This linearly polarized light is modulated by a driving voltage applied to the liquid crystal panel 53 in accordance with the level of the video signal (the vibration direction rotates up to 90 °), and a polarizing plate (analyzer) on the surface on the opposite side of the liquid crystal panel 53 Is analyzed. The light transmitted through the liquid crystal panel 53 is projected onto a screen (not shown) through a projection optical system (only the projection lens 54 is shown in the figure) that is an optical system for guiding the light emitted from the liquid crystal panel to the screen. Is done.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Compared to CRT projector devices, the liquid crystal projector device has the advantage that a large screen can be realized with a small and light device, and the light source and illumination optical system are provided independently from the liquid crystal panel, so that the high brightness by improving them There is an advantage that it is easy to make.
[0005]
On the other hand, the conventional liquid crystal projector device has the disadvantage that the gradation expression in the low luminance portion is inferior, and the contrast is low because black floating occurs.
[0006]
The cause of the poor gradation expression in the low-luminance part is the applied voltage-transmittance characteristics of the liquid crystal panel. As illustrated in FIG. 14, the applied voltage-transmittance characteristics of the liquid crystal panel are such that the change in transmittance with respect to the change in applied voltage is in a range where the transmittance is high (90% or more in the figure) (that is, a high luminance portion). On the other hand, in the range where the transmittance is low (in the figure, from 10% to 90%) (that is, the low luminance portion), the change in transmittance with respect to the change in applied voltage is steep. (The direction in which the applied voltage increases on the horizontal axis in FIG. 14 can be both leftward and rightward depending on the type of the liquid crystal panel).
[0007]
In addition, this applied voltage-transmittance characteristic has a high correlation with the thickness of the liquid crystal layer (that is, the size of the cell gap of the liquid crystal panel), and therefore, for each individual liquid crystal panel (and therefore for each individual liquid crystal projector device). There is some variation, and even one liquid crystal panel has some variation depending on the part. For this reason, it is difficult to finely adjust the luminance by controlling the applied voltage in the low luminance part (that is, the gradation expression is inferior).
[0008]
The disadvantage that the gradation expression in the low-brightness part is inferior appears not only when displaying a low-brightness image but also when lowering the brightness by operating the brightness adjustment button of the liquid crystal projector device. It was. That is, in the conventional liquid crystal projector apparatus, when the operation of lowering the brightness is performed with the brightness adjustment button, the applied voltage is changed so that the transmittance of the liquid crystal panel is lowered. -The gradation expression is also inferior due to the transmittance characteristic.
[0009]
Next, the cause of black floating is the pretilt angle (angle formed between the alignment film and liquid crystal molecules) on the alignment film on the electrode substrate of the liquid crystal panel. In the liquid crystal panel, even when the vibration direction of the incident linearly polarized light is not rotated (or rotated by 90 °) in the liquid crystal layer, the incident linearly polarized light may become elliptically polarized light due to the presence of the pretilt angle. . When this phenomenon occurs in the low-luminance portion, elliptically polarized light partially passes through the analyzer and enters the projection lens, and black float occurs and the contrast decreases.
[0010]
In the liquid crystal projector device, for the purpose of displaying a brighter image, the incident angle of light from the light source to the liquid crystal panel tends to be increased by decreasing the F number of the illumination optical system. It is known that the degree of contrast decrease due to pretilt becomes more significant as the angle increases. FIG. 15 illustrates the relationship between the degree of contrast reduction and the angle of incidence on the liquid crystal panel (referred to as “contrast viewing angle characteristics”). Regardless of the incident direction φ of light in the direction parallel to the panel surface of the liquid crystal panel, the contrast CR decreases as the incident angle θ increases. However, the contrast CR value with respect to the same incident angle θ value differs depending on the incident direction φ, and a line connecting the values of the incident angles θ with the same contrast CR value in all incident directions φ (“equal contrast” The line is referred to as a “line”) and has a shape approximating an ellipse or rectangle having an aspect ratio of about 1: 2.
[0011]
As described above, the conventional liquid crystal projector has the disadvantage that the gradation expression in the low luminance portion is inferior and the contrast is low. On the other hand, no attempt has been made to eliminate these drawbacks. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 6-102484, a light source having a variable light output level is provided, and the output level of the light source is reduced when the peak level of the video signal is lower than a predetermined reference level every predetermined period. In addition, a liquid crystal projector device is disclosed in which the liquid crystal panel is driven by increasing the level of the video signal.
[0012]
In this liquid crystal projector device, when the peak level of the video signal is lower than the reference level (that is, in the low luminance part), the output level of the light source is reduced, so that the amount of light projected onto the screen decreases and the level of the video signal Is increased to drive the liquid crystal panel, so that the transmittance of the liquid crystal panel is increased. Therefore, even in the low-luminance portion, the luminance can be finely adjusted using the range in which the change in transmittance with respect to the change in applied voltage is gentle among the applied voltage-transmittance characteristics shown in FIG. That is, gradation expression is improved).
[0013]
However, in this liquid crystal projector device, the amount of light projected onto the screen is reduced by providing a light source with a variable output level. In general, in a liquid crystal projector apparatus, a discharge lamp having a high luminous efficiency (such as an ultra-high pressure mercury lamp, a metal halide lamp or a xenon lamp) is often used as a light source. When the light output level of such a discharge lamp is made variable, This complicates the configuration of the power supply unit of the discharge lamp.
[0014]
In addition, in this liquid crystal projector device, the gradation expression is not improved when the luminance adjustment button of the liquid crystal projector device is operated to lower the luminance, rather than displaying an originally low luminance image.
[0015]
Further, in this liquid crystal projector device, when the output level of the light source is reduced, as shown in FIG. 16, the amount of light incident on the liquid crystal panel with a small incident angle on the liquid crystal panel is also large. The amount of light incident on the liquid crystal panel is also reduced equally. Therefore, even if the output level of the light source is reduced, light having a large incident angle to the liquid crystal panel (that is, light having a high degree of lowering the contrast due to the contrast viewing angle characteristics as shown in FIG. 15) is still liquid crystal to some extent. Since the light enters the panel, a decrease in contrast due to the occurrence of black float is not suppressed.
[0016]
In view of the above-described points, the present invention improves the gradation expression of a low-luminance part and suppresses a decrease in contrast due to the occurrence of black float without complicating the configuration of the light source in the liquid crystal projector apparatus. It was made as an issue to do.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve this problem, the applicant of the present invention modulates incident light to emit a liquid crystal panel, an illumination optical system that makes the emitted light from the light source enter the liquid crystal panel, and the emitted light from the liquid crystal panel. In a projection display device (that is, a liquid crystal projector device) having a projection optical system that leads to a screen, an optical shutter that blocks light in the order of large incident angles on the liquid crystal panel is either an illumination optical system or a projection optical system. It is arranged on one side, and the peak level of the video signal supplied from the outside is detected every predetermined period, and when the peak level is smaller than the predetermined reference level, the light is shut off by this optical shutter, and this video A device having a control means for driving the liquid crystal panel by increasing the signal level is proposed.
[0018]
In this liquid crystal projector device, an optical shutter that blocks light in the descending order of the incident angle to the liquid crystal panel is disposed in either the illumination optical system or the projection optical system. Then, the control means detects the peak level of the video signal supplied from the outside every predetermined period, and when the peak level is smaller than the predetermined reference level, the light is blocked by this optical shutter, When the level of the video signal is increased and the liquid crystal panel is driven, the transmittance of the liquid crystal panel is increased.
[0019]
As described above, in a period in which the peak level of the video signal supplied from the outside is lower than the reference level (that is, in a low-luminance portion), the amount of light projected onto the screen is reduced by blocking the light with the optical shutter, and The transmittance of the liquid crystal panel is increased.
[0020]
Therefore, the transmittance of the applied voltage-transmittance characteristic characteristic as shown in FIG. 14 is not affected by the complexity of the light source configuration by providing the light source having a variable output level even in the low luminance portion. The luminance can be finely adjusted (that is, the gradation expression is improved) using a range where the change is gentle (a range where the transmittance is high).
[0021]
In this liquid crystal projector device, since the optical shutter blocks light in the order of large incident angle to the liquid crystal panel, light with a high degree of lowering contrast from the contrast viewing angle characteristics as shown in FIG. More light is blocked than light with a low degree of lowering the contrast. As a result, the amount of light projected to the screen with a high degree of lowering the contrast is reduced more than the amount of light projected to the screen with a lower degree of lowering the contrast. It is suppressed.
[0022]
As an example, this optical shutter is used for the contrast viewing angle characteristics of liquid crystal panels.Based on ,The incident angle to the liquid crystal panel is large, It is preferable to configure so as to block light in order of decreasing degree of contrast. Thereby,Large incident angle on LCD panel Since the light having a higher degree of lowering the contrast is cut off by the optical shutter in order and is not projected onto the screen, the lowering of the contrast due to the occurrence of black float is further suppressed.
[0023]
Further, as an example, it is preferable that this optical shutter is disposed at either one of the approximate pupil position of the illumination optical system and the approximate pupil position of the projection optical system.
[0024]
Here, the cross-sectional shape of the light beam that passes through the pupil position of the optical system and the angular distribution of the light at the imaging position indicate that if the light beam passes through the optical system at the pupil position with an arbitrary cross-sectional shape, the image is formed. There is a relationship that the angular distribution of the light at the position is similar to the cross-sectional shape. Therefore, when this optical shutter is arranged at a substantially pupil position of the illumination optical system, the angular distribution of the light incident (imaged) on the liquid crystal panel is substantially similar to the cross-sectional shape of the light passing through the optical shutter. When the incident angle exceeds the angular distribution, no light enters the liquid crystal panel. Further, even when this optical shutter is disposed at a substantially pupil position of the projection optical system, an incident angle exceeding an angular distribution substantially similar to the cross-sectional shape of the light passing through the optical shutter out of the light incident on the liquid crystal panel. Even if the light is emitted from the liquid crystal panel, it does not pass through the optical shutter (thus, it is not projected onto the screen).
[0025]
Accordingly, in any case, by configuring the optical shutter so as to pass light having a circular cross-sectional shape, for example, it becomes easy to block light in the order of light having a large incident angle to the liquid crystal panel. By configuring the optical shutter to pass light having a cross-sectional shape substantially equal to the isocontrast line (see FIG. 15) of the panel, it becomes easy to block the light in the order of decreasing degree of contrast.
[0026]
Further, as an example, when the peak level is smaller than the reference level, the control means emits an amount of light corresponding to the value of (1-Vp / Vmax), with the peak level and the reference level being Vp and Vmax, respectively. It is preferable that the liquid crystal panel is driven by blocking with a shutter and increasing the level of a video signal supplied from outside by Vmax / Vp times.
[0027]
The brightness of the image projected from the liquid crystal panel through the projection lens onto the screen is determined by the product of the light transmission rate at this optical shutter and the rate of increase in the level of the video signal that drives the liquid crystal panel. Accordingly, in this way, an amount of light corresponding to the value of (1−Vp / Vmax) is blocked by the optical shutter (that is, an amount of light corresponding to the value of Vp / Vmax is passed by the optical shutter), and the liquid crystal panel By increasing the level of the video signal for driving the image by Vmax / Vp times, the brightness of the image projected on the screen does not block the light with this optical shutter, and the liquid crystal panel remains at the level of the original video signal Deviation from the brightness when driving is suppressed. (When the amount of light (1-Vp / Vmax) is blocked by the optical shutter, the optical shutter passing rate (Vp / Vmax) × level increase rate (Vmax / Vp) = 1), (The brightness of the image projected on the screen can be made the same as when the liquid crystal panel is driven while keeping the level of the original video signal while the light shutter does not block the light at all.)
[0028]
The optical shutter is configured to block light with a liquid crystal panel using twisted nematic liquid crystal, for example, or as another example, configured to block light with a liquid crystal panel using polymer dispersed liquid crystal. Is preferred.
[0029]
By blocking light with an optical shutter in such a liquid crystal panel, the optical shutter can be operated at a higher speed than when light is blocked with a mechanically operated component. Therefore, it is possible to quickly respond to a change in the level of the video signal and switch whether to block light or how much light is blocked.
[0030]
When an optical shutter is configured with such a liquid crystal panel, for example, it is preferable to use a liquid crystal panel having a plurality of concentric fixed pattern electrodes. This simplifies the structure and control of the optical shutter when the optical shutter is configured with a liquid crystal panel.
[0049]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a configuration example of a liquid crystal projector device according to the present invention. The optical system of the liquid crystal projector device includes alight source 1, an illumination optical system 2, a transmissiveliquid crystal panel 3 as a spatial light modulation element, and a projection optical system (only the projection lens 4 is shown in the figure). ).
[0050]
Thelight source 1 includes adischarge lamp 5 and a reflecting mirror 6 that directs light (non-polarized light) of thedischarge lamp 5 in a certain direction.
[0051]
In the illumination optical system 2, PBS (polarization beam splitter) 7 that passes P-polarized light and reflects S-polarized light out of the light emitted from thelight source 1 and S-polarized light reflected by thePBS 7 are positioned closest to thelight source 1. A reflectingmirror 8 that reflects in the same direction as the emission direction of the P-polarized light from thePBS 7 and a half-wave plate 9 on which the S-polarized light reflected by the reflectingmirror 8 enters are provided.
[0052]
P-polarized light out of the light emitted from thelight source 1 passes through thePBS 7 as it is. On the other hand, S-polarized light out of the light emitted from thelight source 1 is reflected by thePBS 7, reflected by the reflectingmirror 8 in the same direction as the P-polarized light exiting from thePBS 7, and then P-polarized by the half-wave plate 9. To be. Thereby, the non-polarized light emitted from thelight source 1 is converted into P-polarized light and emitted from thePBS 7 and the half-wave plate 9 in the same direction.
[0053]
As shown in FIG. 2, the arrangement of the reflectingmirror 8 and the half-wave plate 9 with respect to thePBS 7 is such that the cross-sectional shape of the light beam combining the P-polarized light emitted from thePBS 7 and the P-polarized light emitted from the half-wave plate 9 is Theliquid crystal panel 3 is determined to have an elliptical shape with an aspect ratio (about 1: 2) substantially equal to the aspect ratio of the iso-contrast line (an ellipse or a shape similar to a rectangle as shown in FIG. 15). ing.
[0054]
As shown in FIG. 1, in the illumination optical system 2, amicrolens array 10, a microlens array 11, anoptical shutter 12, a position closer to theliquid crystal panel 3 than thePBS 7, the reflectingmirror 8, and the half-wave plate 9. The condensing lens 13 is provided in order. P-polarized light emitted from thePBS 7 and P-polarized light emitted from the half-wave plate 9 enter themicrolens array 10.
[0055]
Each of themicrolens arrays 10 and 11 is formed by arranging a plurality of small lenses 10a and 11a (for example, having a diameter of about 1 to 5 mm) in an array (in the drawing, the individual lenses 10a and 11a are drawn larger than the actual size for the sake of convenience). ing).
[0056]
As shown in FIG. 2, the combined shape of all the lenses 10a and 11a is a rectangle having an aspect ratio of about 1: 2 (an aspect ratio substantially equal to the isocontrast line of the liquid crystal panel 3). Themicrolens arrays 10 and 11 have a substantially elliptical long side which is a cross section of a light beam obtained by combining the P-polarized light emitted from thePBS 7 and the P-polarized light emitted from the half-wave plate 9 in the direction of the long side of the rectangle. These are arranged so as to coincide with the directions of.
[0057]
The shape of the lens 10a of themicrolens array 10 is a rectangle similar to the panel surface of theliquid crystal panel 3 so that the light from the lens 10a is collected on the panel surface of theliquid crystal panel 3. .
[0058]
The microlens array 11 is disposed at a substantially focal position of the lens 10 a of themicrolens array 10. The shape of the lens 11a of the microlens array 11 corresponds to the lens 10a on a one-to-one basis so that as much light as possible can be incident from the corresponding lens 10a (in FIG. 2, the shape is rectangular, for example, May be circular).
[0059]
Here, in an optical system in which two microlens arrays and a condenser lens are arranged in order as in the illumination optical system 2, the position of the second microlens array is in the vicinity of the pupil position of the optical system (second The position slightly closer to the condenser lens than the microlens array is the pupil position). Therefore, in this liquid crystal projector device, the microlens array 11 is located in the vicinity of the pupil position of the illumination optical system 2.
[0060]
As shown in FIG. 3, the cross-sectional shape of the light beam passing through the pupil position of the optical system and the angular distribution of the light at the imaging position are arbitrary cross-sectional shapes (for example, rectangular) at the pupil position of the optical system. Or a circular beam), the angular distribution of the light at the imaging position is similar to the cross-sectional shape.
[0061]
The cross-sectional shape of the emitted light from thelight source 1 is made into an approximately elliptical shape with an aspect ratio of about 1: 2 (an aspect ratio substantially equal to the isocontrast line of the liquid crystal panel 3) by thePBS 7, the reflectingmirror 8 and the half-wave plate 9; The reason why the combined shape of all the lenses 10a and 11a of themicrolens arrays 10 and 11 is a rectangle having an aspect ratio of about 1: 2 is that the microlens array 11 located in the vicinity of the pupil position of the illumination optical system 2 is used. The angle of light incident (imaged) on theliquid crystal panel 3 by using the relationship shown in FIG. 3 by emitting a light beam having a substantially elliptical cross-sectional shape having an aspect ratio substantially equal to the isocontrast line of theliquid crystal panel 3. This is to make the distribution approximate to the isocontrast line of theliquid crystal panel 3.
[0062]
As shown in FIG. 1, the light emitted from each lens 11 a of the microlens array 11 enters theoptical shutter 12. Theoptical shutter 12 is disposed at the pupil position of the illumination optical system 2 (position slightly closer to the condenser lens 13 than the microlens array 11). FIG. 4 shows a configuration example of theoptical shutter 12. As shown in FIG. 1A, theoptical shutter 12 includes a transmissive liquid crystal panel (hereinafter referred to as “shutter liquid crystal panel”) 21 using TN liquid crystal, and a liquid crystal drive that applies a drive voltage to the shutterliquid crystal panel 21. Andcircuit 22.
[0063]
The shutterliquid crystal panel 21 has a liquid crystal layer 25 sandwiched between a transparent fixedpattern electrode group 23 and a transparent common electrode 24. Polarizing plates (polarizers and analyzers) (not shown) that allow only P-polarized light to pass through are provided on both surfaces of the shutterliquid crystal panel 21.
[0064]
As shown in FIG. 4B, the fixedpattern electrode group 23 is formed by concentrically arranging ring-shaped fixedpattern electrodes 23b, 23c, 23d, and 23e around each other with the fixedpattern electrode 23a as a center. Each of the fixedpattern electrodes 23a to 23e has a shape substantially equal to the isocontrast line of the liquid crystal panel 3 (a shape approximate to an ellipse or a rectangle having an aspect ratio of about 1: 2). The direction of the long side of this shape coincides with the direction of the long side of the rectangle of themicrolens arrays 10 and 11.
[0065]
The shutterliquid crystal panel 21 is arranged so that the light emitted from the microlens array 11 is incident on the fixedpattern electrodes 23a to 23e. The total area of all thefixed pattern electrodes 23a to 23e is substantially equal to the cross-sectional area of the incident light beam. The areas of the fixedpattern electrodes 23a to 23e are substantially equal to each other. A material that blocks light is used in regions around the fixedpattern electrodes 23a to 23e on the panel surface.
[0066]
The liquidcrystal drive circuit 22 is supplied with a control signal from the video signal processing circuit 14 (FIG. 1) based on the video signal Vin supplied from the outside to the liquid crystal projector device. FIG. 5 shows a configuration example of the videosignal processing circuit 14. The videosignal processing circuit 14 includes a peaklevel detection circuit 31, a gainlevel calculation circuit 32, and a video signalamplitude conversion circuit 33. The peaklevel detection circuit 31 detects the peak level Vp for each video signal Vin input for a time corresponding to one frame (for example, 1/30 second for the NTSC video signal Vin). This peak level Vp corresponds to the maximum level of image brightness for each frame projected on the screen.
[0067]
In the gainlevel calculation circuit 32, the peak level Vp detected by the peaklevel detection circuit 31 is compared with the reference level Vmax every time corresponding to one frame. The reference level Vmax is set to be lower than an expected maximum level of a video signal supplied from the outside to the liquid crystal projector device (for example, about 80 when the maximum level is 100). The gainlevel calculation circuit 32 sets the gain level Gs = 1 when Vp ≧ Vmax, and sets the gain level Gs = Vp / Vmax (ie, 0 ≦ Gs <1) when Vp <Vmax. . Therefore, the gain level Gs is 1 in the high luminance portion (high luminance frame portion) of the video signal Vin, while the gain level is in the low luminance portion (low luminance frame portion) of the video signal Vin. Gs becomes Vp / Vmax.
[0068]
In the video signalamplitude conversion circuit 33, a video signal Vc is created by converting the entire level of the video signal Vin to 1 / Gs times that is the reciprocal of the gain level Gs set by the gainlevel calculation circuit 32. Therefore, in the high luminance portion of the video signal Vin, the video signal Vc becomes the level of the video signal Vin as it is, while in the low luminance portion of the video signal Vin, the video signal Vc has the entire level of the video signal Vin. It is increased by a factor of Vmax / Vp. This video signal Vc is sent to a liquid crystal drive circuit 15 (FIG. 1) that drives theliquid crystal panel 3.
[0069]
A signal indicating the gain level Gs set by the gainlevel calculation circuit 32 of the videosignal processing circuit 14 is given to the liquidcrystal drive circuit 22 of FIG. 4 as a control signal. In the liquidcrystal drive circuit 22, the drive voltage is applied to the fixedpattern electrodes 23 a to 23 e and the common electrode 24 of the shutterliquid crystal panel 21 in the following cases according to the value of the gain level Gs.
[0070]
(A) When Gs = 1, a driving voltage is applied so that light is transmitted through all thefixed pattern electrodes 23a to 23e (that is, the light transmission rate at theoptical shutter 12 is 100%). .
(B) When 0.75 ≦ Gs <1, light is transmitted through the fixedpattern electrodes 23a to 23d, and light is not transmitted through the fixed pattern electrode 23e (that is, light is transmitted through the optical shutter 12). Apply a drive voltage (such that the rate is 80%).
(C) When 0.5 ≦ Gs <0.75, light is transmitted through the portions of the fixedpattern electrodes 23a to 23c and light is not transmitted through the portions of the fixedpattern electrodes 23d and 23e (that is, with the optical shutter 12). A driving voltage is applied so that the light transmission rate of the light becomes 60%.
(D) When 0.25 ≦ Gs <0.5, light is transmitted through the portions of the fixedpattern electrodes 23a and 23b and light is not transmitted through the portions of the fixedpattern electrodes 23c to 23e (that is, with the optical shutter 12). A driving voltage is applied so that the light transmission rate of the light becomes 40%.
(E) When 0 <Gs <0.25, light is transmitted through the portion of the fixedpattern electrode 23a and light is not transmitted through the portions of the fixedpattern electrodes 23b to 23e (that is, light is transmitted through the optical shutter 12). A drive voltage is applied (such that the rate is 20%).
(F) When Gs = 0, a driving voltage is applied so that light is not transmitted through all thefixed pattern electrodes 23a to 23e (that is, the light transmission rate through theoptical shutter 12 is 0%). .
[0071]
Therefore, in theoptical shutter 12, the passage rate of incident light is 100% in the high luminance portion of the video signal Vin ((a) above), while the luminance of the low luminance portion of the video signal Vin is low. As shown in FIG. 6, incident light is blocked in order from the peripheral portion as shown in FIG. 6, thereby reducing the incident light passing rate to 80%, 60%, 40%, 20%, and 0% (described above). (B) to (f)).
[0072]
In the high-luminance portion, a light beam whose cross-sectional shape is the contour shape of the outermost fixed pattern electrode 23e passes through theoptical shutter 12. Further, in the low-luminance portion, a light beam whose cross-sectional shape is the contour shape of the fixedpattern electrode 23d, 23c, 23b or 23a (that is, a shape substantially equal to the isocontrast line of theliquid crystal panel 3 is maintained according to the low luminance. On the other hand, a light beam whose area becomes narrow according to the low brightness) passes through theoptical shutter 12.
[0073]
As described above, theoptical shutter 12 is arranged at the pupil position of the illumination optical system 2 and the cross-sectional shape of the light beam passing through theoptical shutter 12 is substantially equal to the isocontrast line of theliquid crystal panel 3. Using the relationship between the cross-sectional shape of the light beam at the pupil position shown in FIG. 3 and the angular distribution of the light at the imaging position, the angular distribution of the light incident (imaged) on theliquid crystal panel 3 This is because the light is not incident on theliquid crystal panel 3 at an incident angle exceeding the angular distribution by making the shape substantially equal to the isocontrast line.
[0074]
In addition, the area of the light flux passing through theoptical shutter 12 is reduced while maintaining the shape substantially equal to the isocontrast line of theliquid crystal panel 3 in accordance with the low brightness of the video signal Vin. In accordance with the low, theliquid crystal panel 3 in the order of light having an incident angle in which the degree of reduction of the contrast is large (for example, in the order of light having an incident angle corresponding to the iso-contrast line of CR = 5, 10, 20,... In FIG. 15). This is to prevent the light from being incident on.
[0075]
As shown in FIG. 1, the light that has passed through theoptical shutter 12 is spatially superimposed by the condenser lens 13 and enters theliquid crystal panel 3. Theliquid crystal panel 3 is of an active matrix drive type using TN liquid crystal and has a contrast viewing angle characteristic as shown in FIG. 15 (however, in FIG. 15, an isocontrast line (the aspect ratio is approximately 1). : The shape of the long side of the approximate shape of an ellipse or rectangle of about 2) is different from the direction of the bottom side of the liquid crystal panel, but it is assumed here that these two directions are coincident).
[0076]
A driving voltage corresponding to the level of the video signal Vc created by the video signal processing circuit 14 (FIG. 5) is applied from the liquidcrystal driving circuit 15 to theliquid crystal panel 3. Therefore, in the high luminance portion of the video signal Vin, a driving voltage corresponding to the level of the video signal Vin is applied to theliquid crystal panel 3, while in the low luminance portion of the video signal Vin, the entire video signal Vin is applied. Is applied to theliquid crystal panel 3 in accordance with a level obtained by increasing the level of Vmax / Vp times.
[0077]
In theliquid crystal panel 3, only the P-polarized light in the incident light on theliquid crystal panel 3 passes through the liquid crystal layer through the polarizing plate (polarizer) on the surface. This linearly polarized light is modulated by the driving voltage applied from the liquid crystal driving circuit 15 (the vibration direction is rotated by 90 ° at the maximum), and is analyzed by the polarizing plate (analyzer) on the surface opposite to theliquid crystal panel 3. Thus, theliquid crystal panel 3 is transmitted with applied voltage-transmittance characteristics as shown in FIG.
[0078]
As shown in FIG. 1, the light transmitted through theliquid crystal panel 3 enters the projection lens 4 and is projected onto a screen (not shown).
[0079]
Next, the operation of this liquid crystal projector device will be described.
When light is emitted from thelight source 1, the emitted light is converted into P-polarized light by thePBS 7, the reflectingmirror 8, and the half-wave plate 9 and has an aspect ratio of about 1: 2 (with the contrast lines of theliquid crystal panel 3. A light beam having a substantially elliptical cross-sectional shape with a substantially equal aspect ratio is incident on themicrolens array 10.
[0080]
The incident light on themicrolens array 10 is collected by the lens 10a (FIG. 2) of themicrolens array 10 and enters the corresponding lens 11a (FIG. 2) of the microlens array 11. Since the combined shape of all the lenses 10a and 11a of themicrolens arrays 10 and 11 is a rectangle having an aspect ratio of about 1: 2, the cross-sectional shape of the light beam emitted from the microlens array 11 is also about 1: 2. 2 becomes a substantially oval shape.
[0081]
Light emitted from the microlens array 11 enters theoptical shutter 12.
Here, in the high luminance portion of the video signal Vin supplied from the outside to the liquid crystal projector device, the gain level Gs = 1 is set by the video signal processing circuit 14 (FIG. 5). Is not blocked at all. Accordingly, the cross-sectional shape of the light beam passing through theoptical shutter 12 is the contour shape of the outermost fixed pattern electrode 23e of the shutter liquid crystal panel 21 (FIG. 4).
[0082]
As a result, as shown in FIG. 7A, light is incident on theliquid crystal panel 3 with an angular distribution similar to the contour shape of the fixed pattern electrode 23e (that is, an angular distribution having a shape substantially equal to the isocontrast line of the liquid crystal panel 3). .
[0083]
In this high luminance portion, since the gain level Gs = 1, the video signal Vc having the level as it is is generated by the videosignal processing circuit 14. Therefore, a driving voltage corresponding to the level of the video signal Vin as it is (a driving voltage corresponding to a high transmittance in the applied voltage-transmittance characteristic as shown in FIG. 14) is applied from the liquidcrystal driving circuit 15 to theliquid crystal panel 3. The
[0084]
On the other hand, in the low luminance portion of the video signal Vin, the gain level Gs = Vp / Vmax is set by the videosignal processing circuit 14, so that the cross-sectional shape of the light beam passing through theoptical shutter 12 is low in luminance. Accordingly, the contour shape of the fixedpattern electrode 23d, 23c, 23b or 23a of the shutter liquid crystal panel 21 (FIG. 4) (a shape in which the area is reduced while maintaining a shape substantially equal to the isocontrast line of the liquid crystal panel 3). Become.
[0085]
As a result, theliquid crystal panel 3 has an angle distribution similar to the contour shape of the fixedpattern electrode 23d, 23c, 23b or 23a as shown in FIG. 7B (that is, an angle having a shape substantially equal to the isocontrast line of the liquid crystal panel 3). The light is incident at an angle distribution that does not enter theliquid crystal panel 3 in the order of light having an incident angle that has a distribution and a large degree of lowering the contrast. As a result, in accordance with the low brightness, light of an incident angle having a large degree of decreasing contrast is not incident on the liquid crystal panel 3 (that is, is not projected on the screen).
[0086]
In this low luminance portion, since the gain level Gs = Vp / Vmax, the videosignal processing circuit 14 generates the video signal Vc in which the overall level of the video signal Vin is increased by Vmax / Vp times. Therefore, theliquid crystal panel 3 has a driving voltage (driving voltage corresponding to a high transmittance in the applied voltage-transmittance characteristic as shown in FIG. 14) corresponding to the level increased by Vmax / Vp times. Applied fromcircuit 15. As a result, the transmittance of theliquid crystal panel 3 is also increased.
[0087]
As described above, in this liquid crystal projector device, in the low luminance portion of the video signal Vin, the light is not projected onto the screen by being blocked by theoptical shutter 12 in the order of the light having the high degree of lowering the contrast. The transmittance of is increased.
[0088]
Thereby, even in a low-luminance portion, the change in the applied voltage among the applied voltage-transmittance characteristic characteristics of theliquid crystal panel 3 is not caused without complicating the configuration of the light source as in the case of providing a light source with a variable output level. The brightness can be finely adjusted using a range in which the change in transmittance is gentle (that is, the gradation expression of the low brightness portion is improved).
[0089]
In the low-luminance portion of the video signal Vin, the light emitted from the microlens array 11 is emitted from the illumination optical system 2 in the order of light having a high degree of reduction in contrast according to the viewing angle characteristics of theliquid crystal panel 3. It is blocked by theoptical shutter 12 located at the pupil position.
[0090]
Thereby, in the low-luminance part, the light having a higher degree of lowering the contrast is not incident on the liquid crystal panel 3 (that is, no longer projected onto the screen), so that the lowering of the contrast due to the occurrence of the black float is suppressed.
[0091]
In addition, since theoptical shutter 12 is disposed at the pupil position of the illumination optical system 2, theoptical shutter 12 is provided so as to allow light having a cross-sectional shape substantially equal to the isocontrast line of theliquid crystal panel 3 to pass as shown in FIG. By configuring, it is easy to block the light with theoptical shutter 12 in the order of the light having a high degree of lowering the contrast.
[0092]
The brightness of the image projected from theliquid crystal panel 3 through the projection lens 4 onto the screen is determined by the product of the light passing rate at theoptical shutter 12 and the rate of increase in the level of the video signal Vc with respect to the video signal Vin. However, in the low luminance part, an amount of light according to the value of Vp / Vmax passes through theoptical shutter 12, and the level of the video signal Vc is Vmax / Vp times the level of the video signal Vin. The brightness of the projected image is prevented from deviating from the brightness when the light is not blocked by theoptical shutter 12 and the level of the video signal Vc is the same as the video signal Vin.
[0093]
That is, when the value of the gain level Gs is just 0.8, 0.6, 0.4, and 0.2, the pass rate of the optical shutter is 80 as in (b) to (e) described above. %, 60%, 40%, and 20%, and the level of the video signal Vc is 1 / 0.8, 1 / 0.6, and 1 / 0.4, respectively, of the level of the video signal Vin. , 1 / 0.2 times, this passage rate × level increase rate = 1, so that the brightness of the image projected on the screen does not block the light by theoptical shutter 12 and the video signal Vc. Is the same as when the level of the video signal Vin is the same as that of the video signal Vin. Further, even when the gain level Gs becomes any other value, the rate of increase of the passing rate × level does not deviate greatly from 1, so that the brightness of the image projected on the screen is controlled by theoptical shutter 12. It is not blocked at all, and the deviation from the brightness when the level of the video signal Vc is the same as that of the video signal Vin is suppressed.
[0094]
Also, as shown in FIG. 4, theoptical shutter 12 is configured to block light with the liquid crystal panel, so that theoptical shutter 12 operates at a higher speed than when light is blocked with a mechanically operated component. Is possible. Therefore, it is possible to switch quickly whether or not to block light and how much light to block in response to a change in the level of the video signal Vin.
[0095]
Further, since the liquid crystal panel having a plurality of concentric fixed pattern electrodes is used as the shutter liquid crystal panel, the structure and control of theoptical shutter 12 are simplified.
[0096]
In addition, in this liquid crystal projector device, the light emitted from thelight source 1 is converted into P-polarized light by a combination of only three optical elements, thePBS 7, the reflectingmirror 8, and the half-wave plate 9. Therefore, for example, the configuration of an existing polarization conversion element is complicated and the optical system is complicated and expensive compared to the case where the emitted light from thelight source 1 is converted into P-polarized light using an expensive optical element. In this case, the utilization efficiency of the light emitted from thelight source 1 is increased, and a brighter image is displayed on the screen.
[0097]
Further, in this liquid crystal projector device, the cross-sectional shape of the light beam obtained by combining the P-polarized light emitted from thePBS 7 and the P-polarized light emitted from the half-wave plate 9 has an aspect ratio of 1: 2 (approximately equal to the isocontrast line of the liquid crystal panel 3). The pupil position of the illumination optical system 2 is changed to a substantially elliptical shape having an equal aspect ratio, and a rectangular shape having an aspect ratio of 1: 2 is formed by combining all the lenses 10a and 11a of themicrolens arrays 10 and 11. A light beam having a substantially elliptical cross-sectional shape with an aspect ratio of about 1: 2 is emitted from the microlens array 11 located in the vicinity. (Therefore, even if theoptical shutter 12 does not exist, the angular distribution of the incident light on theliquid crystal panel 3 has a shape approximating the isocontrast line of theliquid crystal panel 3 as shown in FIG. 7C. )
[0098]
As described above, the cross-sectional shape of the light emitted from the microlens array 11 approximates the isocontrast line of theliquid crystal panel 3, and the cross-sectional shape of the light passing through theoptical shutter 12 is substantially equal to the isocontrast line. Therefore, when light is transmitted through all thefixed pattern electrodes 23a to 23e of the optical shutter 12 (in the case of (a) described above), almost all of the light emitted from the microlens array 11 isoptical shutter 12. Pass through. Therefore, also from this point, the light use efficiency is increased and a bright image is displayed on the screen.
[0099]
In the above example, the description has been given on the assumption that the direction of the long side of the isocontrast line of theliquid crystal panel 3 coincides with the direction of the bottom side of theliquid crystal panel 3. On the other hand, when these two directions are different, it is necessary to change the shape of themicrolens arrays 10 and 11 and to change the arrangement of theliquid crystal panel 3.
[0100]
FIG. 8 shows the shape of themicrolens arrays 10 and 11 in this case. In themicrolens arrays 10 and 11, the lenses 10a and 11a are arranged obliquely with respect to the bases 10b and 11b of themicrolens arrays 10 and 11, respectively, and the combined shape of all the lenses 10a and 11a is respectively It has a substantially rectangular shape with an aspect ratio of about 1: 2 (an aspect ratio substantially equal to the isocontrast line of the liquid crystal panel 3). The angle of the arrangement direction of the lenses 10 a and 11 a with respect to the direction of the bases 10 b and 11 b is an angle that matches the angle of the long side direction of the isocontrast line of theliquid crystal panel 3 with respect to the direction of the base of theliquid crystal panel 3. (In the drawing, the individual lenses 10a and 11a are drawn large for convenience. However, since the individual lenses 10a and 11a are actually much smaller than this, it is easy to make the combined shape of all the lenses 10a and 11a into a substantially rectangular shape. Also in this case, the shape of the lens 11a may also be circular.)
[0101]
FIG. 9 shows an arrangement example of theliquid crystal panel 3 in this case. Theliquid crystal panel 3 is disposed with the bottom 3a inclined on a plane parallel to the panel surface so that the direction of the long side of the isocontrast line coincides with the direction of the long side of the cross-sectional shape of the light beam passing through theoptical shutter 12. Has been.
[0102]
Themicrolens arrays 10 and 11 are shaped as shown in FIG. 8 and theliquid crystal panel 3 is arranged as shown in FIG. 9 so that the long side of the isocontrast line of theliquid crystal panel 3 is in the direction of the bottom of theliquid crystal panel 3. The angle distribution of the incident light on theliquid crystal panel 3 is substantially the same as the isocontrast line of theliquid crystal panel 3 and the light from the lenses 10a of themicrolens array 10 is collected on theliquid crystal panel 3 even when Come to be lighted.
[0103]
In the above example, non-polarized light emitted from thelight source 1 is converted into P-polarized light by thePBS 7, the reflectingmirror 8 and the half-wave plate 9. However, as another example, thePBS 7, the reflectingmirror 8, and the half-wave plate 9 may not be provided, or the existing polarization conversion instead of thePBS 7, the reflectingmirror 8, and the half-wave plate 9 may be used. The light emitted from thelight source 1 may be converted into P-polarized light using an element. Even in that case, the gradation expression of the low-luminance portion is improved by the operation of theoptical shutter 12 and theliquid crystal panel 3 based on the control of the liquidcrystal driving circuit 15 as described above, and the contrast of the black floating is generated. Reduction is suppressed.
[0104]
In the above example, a light beam having a substantially elliptical cross-sectional shape having an aspect ratio substantially equal to the isocontrast line of theliquid crystal panel 3 is emitted from the microlens array 11 located in the vicinity of the pupil position of the illumination optical system 2. I have to. However, as another example, a light beam having a cross-sectional shape as it is emitted from thelight source 1 may be emitted from a microlens array located in the vicinity of the pupil position of the illumination optical system. Even in that case, the gradation expression of the low-luminance portion is improved by the operation of theoptical shutter 12 and theliquid crystal panel 3 based on the control of the liquidcrystal driving circuit 15 as described above, and the contrast of the black floating is generated. Reduction is suppressed.
[0105]
In FIG. 10, thePBS 7, the reflectingmirror 8 and the half-wave plate 9 are not provided, and a cross-sectional light beam as it is emitted from thelight source 1 is emitted from a microlens array located near the pupil position of the illumination optical system. FIG. 2 shows an example of the configuration of a liquid crystal projector apparatus in the case of being made to perform the same, and the same reference numerals are given to the parts common to FIG.
[0106]
The illumination optical system 16 of the liquid crystal projector device is provided with a microlens array 17, a microlens array 18, anoptical shutter 12, and a condenser lens 13 in order, and light emitted from thelight source 1 is directly incident on the microlens array 17. To do. The microlens array 17 and the microlens array 18 are configured except that the shape of all the lenses is not a rectangle (FIG. 2) having an aspect ratio of about 1: 2 as in themicrolens arrays 10 and 11. It has the same configuration and arrangement as themicrolens arrays 10 and 11.
[0107]
In this liquid crystal projector device, the non-polarized light having the cross-sectional shape as it is emitted from thelight source 1 is incident on theoptical shutter 12 from the microlens array 18, but theoptical shutter 12 and theliquid crystal panel 3 are also controlled based on the control of the liquidcrystal driving circuit 15. The operation improves the gradation expression of the low-luminance portion and suppresses the decrease in contrast due to the occurrence of black floating.
[0108]
Further, in the above example, the videosignal processing circuit 14 detects the peak level of the video signal Vin supplied from the outside to the liquid crystal projector device, and thelight shutter 12 emits light when this peak level is smaller than the reference level. And the level Vin of the video signal is increased to drive theliquid crystal panel 3. However, as another example, as shown in FIG. 11, the gain level Gs (0 ≦ Gs ≦) according to the operation amount based on the operation of lowering the luminance with theluminance adjustment button 41 of the liquid crystal projector device. A gainlevel calculation circuit 42 for setting 1) may be provided, and light may be blocked by theoptical shutter 12 as described in (a) to (f) above according to the value of the gain level Gs.
[0109]
As a result, when thebrightness adjustment button 41 is operated so as to lower the brightness, the applied voltage (the drive applied from the liquidcrystal drive circuit 15 to theliquid crystal panel 3 is reduced so that the transmittance of theliquid crystal panel 3 is lowered as in the prior art. Instead of changing the (voltage), the light is not projected on the screen in the order of the light with the high degree of decreasing the contrast according to the amount of operation. Therefore, the luminance is finely adjusted using the range in which the change in transmittance with respect to the change in applied voltage is gentle in the applied voltage-transmittance characteristic characteristic of FIG. 14 without complicating the configuration of thelight source 1. (That is, gradation expression is improved), and a decrease in contrast due to the occurrence of black float is suppressed.
[0110]
In the above example, the number of the fixed pattern electrodes of the shutterliquid crystal panel 21 is five. However, the number of the fixed pattern electrodes may be three, four, or six or more. Good. When the number of the fixed pattern electrodes is 6 or more, the brightness of the image projected on the screen is such that the light is not blocked by theoptical shutter 12 and the level of the video signal Vc is the same as that of the video signal Vin. The deviation from the brightness of the case is further suppressed.
[0111]
In the above example, theoptical shutter 12 is configured to block light with a liquid crystal panel using TN liquid crystal. However, as another example, thelight shutter 12 is configured with a liquid crystal panel using polymer dispersed liquid crystal (PDLC). Theoptical shutter 12 may be configured to block the above.
[0112]
The polymer-dispersed liquid crystal is white turbid when no driving voltage is applied, and changes to transparent when the driving voltage is applied. When the drive voltage is not applied, the incident light to the polymer dispersedliquid crystal 43 is diffused and emitted from the polymer dispersedliquid crystal 43 as shown in FIG. Accordingly, the ratio of the light incident on the condenser lens 13 in FIG. 1 in the light emitted from the polymer dispersedliquid crystal 43 is reduced, so that the amount of light incident on theliquid crystal panel 3 is reduced (that is, the light emitted from theoptical shutter 12 is reduced). The passing rate will decrease). On the other hand, when the drive voltage is applied, the light emitted from the polymer dispersedliquid crystal 43 is not diffused, so that the amount of light incident on theliquid crystal panel 3 does not decrease.
[0113]
Unlike a liquid crystal panel using TN liquid crystal, a liquid crystal panel using this polymer dispersed liquid crystal does not require a polarizer or an analyzer. Therefore, if theoptical shutter 12 is constituted by a liquid crystal panel using polymer dispersed liquid crystal, light is not absorbed by the polarizer or the analyzer, so that a brighter image is displayed on the screen.
[0114]
Alternatively, theoptical shutter 12 may be configured to block light other than the liquid crystal panel. In particular, when light is blocked by theoptical shutter 12 in accordance with the operation of thebrightness adjustment button 41 as in the example of FIG. 11, theoptical shutter 12 is not required to operate at a high speed, so that it is a mechanically operated component. Theoptical shutter 12 may be configured to block light.
[0115]
In the above example, theoptical shutter 12 is arranged at the pupil position of the illumination optical system 2, but theoptical shutter 12 is arranged at the pupil position of the projection optical system instead of the pupil position of the illumination optical system 2. May be. Even in such a case, the light having an incident angle exceeding the angular distribution substantially similar to the cross-sectional shape of the light passing through theoptical shutter 12 out of the light incident on theliquid crystal panel 3 is emitted even if it is emitted from theliquid crystal panel 3. Since the light does not pass through the shutter 12 (and therefore is not projected onto the screen), the decrease in contrast due to the occurrence of black float is suppressed as in the case where theoptical shutter 12 is disposed at the pupil position of the illumination optical system 2. However, when theoptical shutter 12 is arranged at the pupil position of the illumination optical system 2, the incident light to theliquid crystal panel 3 is reduced, so that heating of theliquid crystal panel 3 by light can be prevented.
[0116]
Alternatively, an optical shutter is provided at a position other than the pupil position in the illumination optical system 2 and the projection optical system, in accordance with the contrast viewing angle characteristics of theliquid crystal panel 3, in the order of light having a high degree of decreasing contrast. Also good.
[0117]
In the above example, an optical shutter is provided that blocks light in order of decreasing degree of contrast according to the contrast viewing angle characteristics of theliquid crystal panel 3, but in order of light having a large incident angle on the liquid crystal panel. You may provide the optical shutter which interrupts | blocks. For example, in an optical shutter that blocks light with a liquid crystal panel in which a plurality of fixed pattern electrodes are concentrically arranged like theoptical shutter 12, in order to block light in the order of large incident angles, the shape of the fixed pattern electrodes is made circular. Good. Even in such a case, if the light is blocked by this optical shutter, the light with a higher degree of lowering the contrast is blocked more than the light with a lower degree of lowering the contrast due to the contrast viewing angle characteristics as shown in FIG. Become so. Therefore, the amount of projection of light with a high degree of reducing the contrast on the screen is reduced more than the amount of projection of light with a low degree of reducing the contrast onto the screen. It is suppressed.
[0118]
In the above example, the videosignal processing circuit 14 detects the peak level Vp of the video signal Vin for each frame time and compares it with the reference level Vp. However, every predetermined time other than one frame. The videosignal processing circuit 14 may perform this detection and comparison.
[0119]
In the above example, the present invention is applied to a single-plate transmissive liquid crystal projector device. However, the present invention is applied to a three-plate transmissive liquid crystal projector device, a single-plate reflective liquid crystal projector device, and a three-plate reflective liquid crystal projector device. The present invention may also be applied.
[0120]
In the above example, the cross-sectional shape of the light emitted from thelight source 1 is approximately 1: 2 in aspect ratio by thePBS 7, the reflectingmirror 8 and the half-wave plate 9 (aspect ratio substantially equal to the isocontrast line of the liquid crystal panel 3). And the shape of all the lenses 10a and 11a of themicrolens arrays 10 and 11 are made into rectangles having an aspect ratio of about 1: 2, respectively. A light beam having a substantially elliptical cross-sectional shape having an aspect ratio substantially equal to the isocontrast line is emitted. However, the present invention is not limited to this, and the cross-sectional shape of the light emitted from thelight source 1 is made to be a substantially elliptical shape with an aspect ratio substantially equal to the isocontrast line of theliquid crystal panel 3 by thePBS 7, the reflectingmirror 8 and the half-wave plate 9. The shape of the combined lenses 10 a and 11 a may not be a rectangle having an aspect ratio substantially equal to the isocontrast line of theliquid crystal panel 3 so strictly.
[0121]
Even in that case, since light is emitted from both thePBS 7 and the half-wave plate 9, themicrolens array 10 has a cross section that extends in one direction (the direction in which thePBS 7 and the half-wave plate 9 are arranged). Shaped light flux is incident. Therefore, since the cross-sectional light beam that spreads in one direction also enters the microlens array 11 from themicrolens array 10, the cross-sectional light beam that spreads in this one direction is also emitted from the microlens array 11. As a result, the angular distribution of the light incident on theliquid crystal panel 3 also has a shape that spreads in one direction (that is, as compared with the case where a light beam having a cross-sectional shape as it is from thelight source 1 is emitted from the microlens array 11 as shown in FIG. The shape is close to the isocontrast line of theliquid crystal panel 3 as shown in FIG.
[0122]
As a result, the amount of incident light on the liquid crystal panel, which has a high degree of lowering the contrast, decreases from the contrast viewing angle characteristics of the liquid crystal panel as shown in FIG. It is suppressed.
[0123]
In the above example, the light emitted from thelight source 1 is separated into P-polarized light and S-polarized light using thePBS 7, but a polarizer other than PBS that transmits the P-polarized light and reflects the S-polarized light (for example, polarized light). The light emitted from thelight source 1 may be separated into P-polarized light and S-polarized light using a plate.
[0124]
In the above example, the S-polarized light reflected by thePBS 7 and the reflectingmirror 8 is made incident on the half-wave plate 9, but this S-polarized light is used as a phase shifter other than the half-wave plate (that is, linearly polarized light). In which the vibration direction is rotated by an angle other than 90 degrees. Also in this case, since the S-polarized light is rotated in the vibration direction by the phase shifter (that is, the P-polarized component is included), the non-polarized light emitted from thelight source 1 is converted into light containing a large amount of the P-polarized component. Converted. Therefore, the utilization efficiency of the emitted light from thelight source 1 is also increased, and a brighter image is displayed on the screen.
[0125]
Further, the present invention is not limited to the above examples, and it is needless to say that various other configurations can be taken without departing from the gist of the present invention.
[0126]
【The invention's effect】
As described above, according to the projection display device of the present invention, the configuration of the light source is complicated by providing the light source having a variable output level even in the low luminance portion of the video signal supplied from the outside. Therefore, there is an effect that the luminance can be finely adjusted (that is, the gradation expression can be improved).
[0127]
In the low-luminance portion, since the light having a large incident angle to the liquid crystal panel is blocked by the optical shutter and is not projected onto the screen, an effect of suppressing the decrease in contrast due to the occurrence of black float is obtained.
[0128]
In addition, if the optical shutter is configured to block in the order of light having a high degree of reducing the contrast in accordance with the contrast viewing angle characteristics of the liquid crystal panel, the light shutter is blocked in the order of light having the high degree of reducing the contrast and is blocked on the screen. Since it is not projected, the effect that the reduction in contrast due to the occurrence of black float can be further suppressed can be obtained.
[0129]
In addition, if the optical shutter is arranged at one of the approximate pupil position of the illumination optical system and the approximate pupil position of the projection optical system, the light is blocked in the order of the light having the large incident angle to the liquid crystal panel, and the contrast is reduced. It is also possible to obtain an effect that it becomes easy to block the light in the descending order of the degree of light.
[0130]
In addition, when the peak level is smaller than the reference level, the control means sets the peak level and the reference level to Vp and Vmax, and blocks the amount of light corresponding to the value of (1−Vp / Vmax) with the optical shutter. In addition, if the liquid crystal panel is driven by increasing the level of the video signal supplied from the outside by Vmax / Vp times, the brightness of the image projected on the screen does not block the light with the optical shutter. There is also an effect that it is possible to suppress deviation from the brightness when the liquid crystal panel is driven with the original video signal level.
[0131]
In addition, if the optical shutter is configured to block light on the liquid crystal panel, it responds quickly to changes in the level of the video signal and switches whether to block light or how much light is blocked. The effect that it can be also obtained.
[0132]
In addition, when a liquid crystal panel having a plurality of concentric fixed pattern electrodes is used, an effect that the structure and control of the optical shutter when the optical shutter is configured by the liquid crystal panel can be simplified.
[0133]
Next, according to the projection type display device of the present invention, when the brightness adjusting operation means is operated so as to lower the brightness, the configuration of the light source is complicated by providing a light source having a variable output level. There is an effect that gradation expression can be improved without incurring.
[0134]
And since it is interrupted | blocked in order of the light with a large incident angle to a liquid crystal panel, and is no longer projected on a screen, the effect that the fall of contrast by generation | occurrence | production of a black float can be suppressed is acquired.
[0135]
Next, according to the projection type display device according to the present invention, the output level of the output level is reduced by blocking light with an optical shutter that blocks light in order of decreasing degree of contrast according to the contrast viewing angle characteristics of the liquid crystal panel. By providing a variable light source, the gradation expression of the low-luminance portion can be improved without complicating the configuration of the light source.
[0136]
And, according to the contrast viewing angle characteristics of the liquid crystal panel, since the light with a high degree of reducing the contrast is cut off in order and is not projected on the screen, the effect of reducing the contrast due to the occurrence of black floating can be suppressed very well Is obtained.
[0137]
Next, according to the projection type display device of the present invention, it is possible to suppress the decrease in contrast due to the occurrence of black floating, and the use efficiency of the emitted light from the light source without incurring the complexity and cost of the optical system. It is possible to obtain an effect that a brighter image can be displayed on the screen.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a liquid crystal projector device of the present invention.
2 is a diagram showing the transmitted light of the PBS of FIG. 1 and the emitted light of the half-wave plate 9, and the shape and arrangement of the microlens array of FIG.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the cross-sectional shape of a light beam passing through the pupil position of the optical system and the angular distribution of the light at the imaging position.
4 is a diagram illustrating a configuration example of the optical shutter in FIG. 1;
5 is a diagram illustrating a configuration example of a video signal processing circuit in FIG. 1. FIG.
6 is a view showing a state of blocking incident light by the optical shutter of FIG. 1. FIG.
7 is a diagram showing an angular distribution of incident light on the liquid crystal panel of FIG. 1. FIG.
FIG. 8 is a diagram showing a modification of the microlens array of FIG.
FIG. 9 is a diagram illustrating a modification example of the arrangement of the liquid crystal panel of FIG. 1;
FIG. 10 is a diagram showing another configuration example of the liquid crystal projector apparatus of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing another configuration example of the liquid crystal projector device of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing light emitted from a polymer-dispersed liquid crystal when no voltage is applied.
FIG. 13 is an example showing a configuration example of an optical system of a conventional liquid crystal projector apparatus.
FIG. 14 is a diagram illustrating an applied voltage-transmittance characteristic characteristic of a liquid crystal panel.
FIG. 15 is a diagram illustrating contrast viewing angle characteristics of a liquid crystal panel.
FIG. 16 is a diagram showing how light is reduced by a light source having a variable light output level.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OFSYMBOLS 1 Light source, 2,16 Illumination optical system, 3 Liquid crystal panel, 3a Bottom of liquid crystal panel, 4 Projection lens, 5 Discharge lamp, 6,8 Reflector, 7 PBS (polarization beam splitter), 9 1/2 wavelength plate, 10 , 11, 17, 18 micro lens array, 10a, 11a micro lens array lens, 12 optical shutter, 13 condenser lens, 14 video signal processing circuit, 15, 22 liquid crystal drive circuit, 21 shutter liquid crystal panel, 23 fixed pattern Electrode group, 23a to 23e Fixed pattern electrode, 24 Common electrode, 25 Liquid crystal layer, 31 Peak level detection circuit, 32, 42 Gain level calculation circuit, 33 Video signal amplitude conversion circuit, 41 Brightness adjustment button, 43 Polymer dispersed liquid crystal

Claims (7)

Translated fromJapanese

入射光を変調して出射する液晶パネルと、光源からの出射光を前記液晶パネルに入射させる照明光学系と、前記液晶パネルからの出射光をスクリーンに導く投射光学系とを有する投射型表示装置において、
前記液晶パネルへの入射角の大きい光の順に遮断する光シャッタを、前記照明光学系と前記投射光学系とのいずれか一方に配置し、
所定期間毎に、外部から供給される映像信号のピークレベルを検出し、該ピークレベルが所定の基準レベルよりも小さい場合に、前記光シャッタで光を遮断させるとともに、該映像信号のレベルを増大させて前記液晶パネルを駆動させる制御手段を備えた
投射型表示装置。A projection type display device having a liquid crystal panel that modulates and emits incident light, an illumination optical system that causes the light emitted from a light source to enter the liquid crystal panel, and a projection optical system that guides the light emitted from the liquid crystal panel to a screen In
An optical shutter that blocks in order of light having a large incident angle to the liquid crystal panel is disposed in one of the illumination optical system and the projection optical system,
The peak level of the video signal supplied from the outside is detected every predetermined period, and when the peak level is smaller than the predetermined reference level, the light is blocked by the optical shutter and the level of the video signal is increased. Control means for driving the liquid crystal panel
Throw Cum-type display device. 請求項１に記載の投射型表示装置において、
前記光シャッタは、前記液晶パネルのコントラスト視野角特性に基づき、前記液晶パネルへの入射角が大きく、コントラストを低下させる度合いの大きい光の順に遮断する
投射型表示装置。The projection display device according to claim 1,
Based on the contrast viewing angle characteristics of the liquid crystal panel, the optical shutter blocks light in the order of light having a largeincident angle on the liquid crystal panel and a large degree of decreasingthe contrast.
Throw Cum-type display device. 請求項１または２に記載の投射型表示装置において、
前記光シャッタは、前記照明光学系の略瞳位置と前記投射光学系の略瞳位置とのいずれか一方に配置されている
投射型表示装置。In the projection type display device according to claim 1 or 2,
The optical shutter is disposed at either one of a substantially pupil position of the illumination optical system and a substantially pupil position of the projection optical system.
Throw Cum-type display device. 請求項１乃至３のいずれかに記載の投射型表示装置において、
前記制御手段は、前記ピークレベルが前記基準レベルよりも小さい場合に、該ピークレベル，該基準レベルをそれぞれＶｐ，Ｖｍａｘとして、（１−Ｖｐ／Ｖｍａｘ）の値に応じた量の光を前記光シャッタで遮断させるとともに、前記映像信号のレベルをＶｍａｘ／Ｖｐ倍に増大させて前記液晶パネルを駆動させる
投射型表示装置。In the projection type display apparatus in any one of Claims 1 thru | or 3,
When the peak level is smaller than the reference level, the control means sets the peak level and the reference level to Vp and Vmax, and emits an amount of light corresponding to a value of (1−Vp / Vmax). The liquid crystal panel is driven by blocking with a shutter and increasing the level of the video signal by Vmax / Vp times.
Throw Cum-type display device. 請求項１乃至４のいずれかに記載の投射型表示装置において、
前記光シャッタは、ネマティック液晶を用いた液晶パネルで光を遮断する
投射型表示装置。In the projection type display apparatus in any one of Claims 1 thru | or 4,
The optical shutter blocks light with a liquid crystal panel using nematic liquid crystal.
Throw Cum-type display device. 請求項１乃至４のいずれかに記載の投射型表示装置において、
前記光シャッタは、高分子分散液晶を用いた液晶パネルで光を遮断する
投射型表示装置。In the projection type display apparatus in any one of Claims 1 thru | or 4,
The optical shutter blocks light with a liquid crystal panel using polymer dispersed liquid crystal.
Throw Cum-type display device. 請求項５または６に記載の投射型表示装置において、
前記液晶パネルは、複数の同心の固定パターン電極を有する
投射型表示装置。In the projection type display device according to claim 5 or 6,
The liquid crystal panel has a plurality of concentric fixed pattern electrodes.
Throw Cum-type display device.

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