JP2002156703A

JP2002156703A - 投射型表示装置

Info

Publication number: JP2002156703A
Application number: JP2000350107A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Sato; 能久佐藤; Satoshi Miyasaka; 聡宮坂
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-11-16
Filing date: 2000-11-16
Publication date: 2002-05-31

Abstract

(57)【要約】【課題】高いコントラストの画像を得られる投射型表示
装置を提供する。【解決手段】照明光を出射する光源２と、入力される画
像情報に基づいて入射される照明光を変調して出射する
光変調手段としての液晶パネル２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ
と、光源２からの照明光を液晶パネル２２に入射させる
照明光学系と、液晶パネル２２から出射される照明光を
投射する投射光学系２８とを有し、照明光のうち、液晶
パネル２２の光学特性に基づく特定の角度成分の光を選
択的に遮光する遮光手段としての遮光板５０を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば、液晶プ
ロジェクター等の投射型表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光源から出力された光を、たとえば、液
晶パネルによって光変調して画像光を生成し、この画像
光をスクリーンなどに拡大して投射する液晶プロジェク
ターが知られている。図１８は、液晶プロジェクターの
光学系の構成の一例を示す図である。図１８において、
液晶プロジェクター１０１は、光源１０２と、照明光学
系１０３と、偏光子としての偏光板１０４と、液晶パネ
ル１０５と、検光子としての偏光板１０６と、投射光学
系１０７とを有する。光源１０２からの光は、照明光学
系１０３によって液晶パネル１０５に入射させられる。
液晶パネル１０５の手前に配置された偏光板１０４は、
入射された照明光から一定方向の直線偏光を選択し、液
晶パネル１０５に出力する。液晶パネル１０５には、映
像信号が印加され、液晶パネル１０５はこの映像信号に
したがって入射された直線偏光の偏光方向を回転させ、
光変調を行う。液晶パネル１０５の後方に配置された偏
光板１０６は、液晶パネル１０５により変調された光を
検光する。偏光板１０６を通過した光は、投射光学系１
０７に入射し、液晶パネル１０５の像をスクリーン１０
８に投影する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な液晶プロジェクターに備わる液晶パネルは、照明光学
系から液晶パネルに入射される照明光の入射角度（入射
角、方位角）によって、検光子としての偏光板を通過す
る光の量が光軸に関して偏った分布をもつ、いわゆるコ
ントラスト特性を有していることが知られている。この
液晶パネルのコントラスト特性は、液晶パネルに垂直に
入射されない特定の入射角度（入射角、方位角）の直線
偏光を楕円偏光に変える液晶パネルの特性によって生じ
る。また、液晶パネルのコントラスト特性は、液晶パネ
ルの液晶分子を配向させる配向プロセスにおけるラビン
グ処理のラビング方向によって決まる。

【０００４】図１９は、液晶パネルのコントラスト特性
の一例を示す図であり、図２０はコントラスト特性の測
定条件を説明するための図である。なお、液晶パネル
は、ツイスト角が９０°のＴＮ(Twisted Nematic) 液晶
パネルである。液晶パネルのコントラストは、図２０に
示すように、液晶パネル１０５の一方面側に配置された
光源１０２から一定の光強度をもつ光を測定位置Ｐに出
射し、光源１０２と測定位置Ｐとを結ぶ直線上にある観
察位置Ｐｏにおいて液晶パネル１０５を白表示および黒
表示にした場合の光強度をそれぞれ測定し、測定された
光強度の比からコントラストを求める。

【０００５】このとき、液晶パネル１０５のパネル面
（Ｘ−Ｙ平面）上の測定位置Ｐと観察位置Ｐｏとを結ぶ
直線と測定位置Ｐにたてた法線（Ｚ軸）とがなす角度を
入射角θと規定し、Ｚ軸および観察位置Ｐｏを通る平面
のＹ軸からの回転角度を方位角φａと規定する。上記の
入射角θを、たとえば、０〜１０度の範囲、方位角φａ
を０〜３６０度の範囲で観察位置Ｐｏを変えてコントラ
ストを測定した結果が図１９に示す液晶パネルのコント
ラスト特性である。図１９において、円周方向が方位角
φａを示しており、半径方向が入射角θを示しており、
入射角θが０度である中心付近の領域Ａのコントラスト
が最大となっている。また、コントラストは、方位角φ
ａに特に依存しており、方位角φａが大体１８０〜３６
０度の範囲でコントラストが低下している。

【０００６】このように、従来の液晶プロジェクターに
おいては、液晶パネルが上記したようなコントラスト特
性をもつため、黒色の画像情報を与えたときに、液晶パ
ネルで変調された光は検光子によりすべて吸収されず
に、一部の光が検光子から漏れる。このため、スクリー
ンに投射された画像は、本来の「黒色」ではなくなり、
液晶プロジェクターによって投射された映像のコントラ
ストが低下するという不利益が存在した。

【０００７】本発明は、上述の問題に鑑みて成されたも
のであって、高いコントラストの画像を得られる投射型
表示装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の投射型表示装置
は、照明光を出射する光源と、入力される画像情報に基
づいて入射される照明光を変調して出射する光変調手段
と、前記光源からの照明光を前記光変調手段に入射させ
る照明光学系と、前記光変調手段から出射される照明光
を投射する投射光学系と、を有する投射型表示装置であ
って、前記照明光のうち、前記光変調手段の光学特性に
基づく特定の角度成分の光を選択的に遮光する遮光手段
を有する。

【０００９】前記遮光手段は、前記照明光のうち、黒色
表示状態の前記光変調手段を透過可能な角度成分の光の
少なくとも一部を選択的に遮光する。

【００１０】前記遮光手段は、前記投射光学系の光路に
配置されている。

【００１１】前記遮光手段は、前記照明光学系の光路に
配置する構成を採用することもできる。

【００１２】前記遮光手段は、好適には、前記照明光の
入射位置に応じて選択的に光を遮光する遮光部をもつ遮
光部材を有する。

【００１３】具体的には、前記遮光部材は、光軸に関し
て非対称な形状の光を透過する開口部をもつ。

【００１４】前記遮光部材は、前記投射光学系または前
記照明光学系の瞳位置またはその近傍に配置されてい
る。

【００１５】前記遮光部材の開口部の面積が可変となっ
ている構成を採用することも可能である。

【００１６】前記遮光手段は、前記照明光の波長および
入射位置に応じて選択的に光を遮光する光学フィルター
を有する構成とすることも可能である。

【００１７】本発明では、照明光のうち、光変調手段の
光学特性に基づく特定の角度成分の光を選択的に遮光す
る。この特定の角度成分の光は、黒色表示状態の光変調
手段を透過可能な角度成分の光である。本発明では、黒
色の画像を表示する光変調手段を透過可能な漏光成分を
遮光することで、画像のコントラストが向上する。ま
た、特定の角度成分の光が選択的に遮光されるので、投
射光学系を通じて投射される光の輝度の低下が最小限に
抑制される。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。第１実施形態図１は、本発明の投射型表示装置の一実施形態に係る液
晶プロジェクターの光学系の構成を示す図である。図１
において、液晶プロジェクター１は、光源部２、光学フ
ィルター３、反射ミラー４、インテグレータ光学系８、
集光レンズ９、ダイクロイックミラー１０Ｒ、１０Ｇ、
反射ミラー１１，１２，１３、集光レンズ２０Ｒ，２０
Ｇ，２０Ｂ、偏光板２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ、液晶パネ
ル２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ、偏光板２３Ｒ，２３Ｇ，２
３Ｂ、ダイクロイックプリズム２５、投射光学系２８、
リレーレンズ３０，３１、遮光板３５等から構成され
る。

【００１９】光源部２は、放電ランプ２ａおよび反射集
光鏡２ｂから構成されており、この放電ランプ２ａから
出射された光を反射集光鏡２ｂが集光してインテグレー
タ光学系８に向けて出射する。

【００２０】光学フィルター３は、光源部２から出射さ
れた照明光Ｌに含まれる赤外線領域および紫外線領域の
不要な光を除去する。反射ミラー４は、光学フィルター
３を通過した照明光Ｌをインテグレータ光学系８に向け
て反射する。

【００２１】インテグレータ光学系８は、複数のレンズ
がアレイ状に配列された第１のマルチレンズアレイ（Ｍ
ＬＡ）５、第２のマルチレンズアレイ（ＭＬＡ）６およ
び偏光変換素子７により構成されている。第１のＭＬＡ
５は、光源部２からの照明光Ｌを複数に分割し、それら
の光学像を第２のＭＬＡ６の光入射面近傍に配置させ
る。第２のＭＬＡ６は、第１のＭＬＡ５による分割光源
像を、液晶パネル２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂの照明光とし
て入射可能となるように偏光変換素子７に入射させる。
偏光変換素子７は、たとえば、短冊状に配列された偏光
ビームスプリッタと、これに対応して間欠的に設けられ
た位相差板から構成され入射した照明光ＬのＰ偏光成分
をＳ偏光成分に変換し、全体としてＳ偏光成分を多く含
む偏光方向の揃えられた照明光を出力する。

【００２２】集光レンズ９は、インテグレータ光学系８
を通過した照明光Ｌが液晶パネル２２Ｒ，２２Ｇ，２２
Ｂにおいて重ね合わされるように集光する。

【００２３】ダイクロイックミラー１０Ｒは、集光レン
ズ９を通過した偏光方向の揃えられた照明光Ｌの光軸に
対して４５度傾斜しており、照明光Ｌのうち、赤色の波
長領域の光ＬR のみ反射ミラー１１に向けて反射し、そ
の他の波長域の光ＬGBを透過する。

【００２４】反射ミラー１１は、ダイクロイックミラー
１０Ｒで反射された光ＬR の光軸に対して４５度傾斜し
ており、光ＬR を集光レンズ２０Ｒに向けて反射する。

【００２５】ダイクロイックミラー１０Ｇは、ダイクロ
イックミラー１０Ｒを透過した光ＬGBの光軸に対して４
５度傾斜しており、ダイクロイックミラー１０Ｒを透過
した光ＬGBのうち緑色の波長域の光ＬG のみを集光レン
ズ２０Ｇに向けて反射し、その他の波長域（青色の波長
域）の光ＬB を透過する。

【００２６】リレーレンズ３０および３１は、青色の波
長域の光ＬB のダイクロイックミラー１０Ｇから液晶パ
ネル２２Ｂまでの光路長が比較的長いため、光路途中で
青色光ＬB を結像しなおすために設けられている。ダイ
クロイックミラー１０Ｇを通過した青色光ＬB は、リレ
ーレンズ３０および３１を通過し、反射ミラー１３によ
って集光レンズ２０Ｇに向けて反射される。

【００２７】各集光レンズ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂおよ
び液晶パネル２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂは、立方体形状の
ダイクロイックプリズム２５の３つの側面に対して所定
の位置にそれぞれ配置されている。また、液晶パネル２
２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂの入射側と出射側には、偏光子と
しての偏光板２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂと、検光子として
の偏光板２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂがそれぞれ平行に配置
されている。偏光板２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂは、集光レ
ンズ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの出射側にそれぞれ固定さ
れており、偏光板２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂはダイクロイ
ックプリズム２５の入射側の３面にそれぞれ固定されて
いる。

【００２８】液晶パネル２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂは、印
加される赤色、緑色、青色の三原色に対応する映像信号
によって、集光レンズ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂを通じて
入射する各色光ＬR ，ＬG ，ＬB の強度を変調する。す
なわち、偏光板２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂを透過した所定
の偏光方向の色光ＬR ，ＬG ，ＬB は、液晶パネル２２
Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂに印加された映像信号に基づき、偏
光面が回転する。偏光面の回転を受けた光の所定の偏光
成分が、偏光板２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂを透過し、ダイ
クロイックプリズム２５に入射される。

【００２９】ダイクロイックプリズム２５は、たとえ
ば、複数のガラスプリズムを接合することによって構成
されており、各ガラスプリズムの接合面には、所定の光
学特性を有する干渉フィルタ２５ａ，２５ｂが形成され
ている。干渉フィルタ２５ａは、青色光ＬB を反射し、
赤色光ＬR および緑色光ＬG ，を透過する。干渉フィル
タ２５ｂは、赤色光ＬR を反射し、緑色光ＬG および青
色光ＬB を透過する。したがって、液晶パネル２２Ｒ，
２２Ｇ，２２Ｂによって変調された各色光ＬR ，ＬG ，
ＬB は、合成されて投射光学系２８に入射する。

【００３０】投射光学系２８は、たとえば、ダイクロイ
ックプリズム２５から入射された映像光をスクリーン等
の投影面に、向けて投射する。スクリーンには、カラー
映像が映し出される。

【００３１】上記の液晶パネル２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ
には、たとえば、ツイスト角が９０°のＴＮ液晶パネル
が用いられる。また、液晶の配向方向は、たとえば、液
晶パネルの基準軸に対して４５°方向に傾いている。こ
れら液晶パネル２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂは、上述したよ
うに、光の入射角度（入射角、方位角）によって、検光
子としての偏光板２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂを通過する光
の量が偏った分布をもつコントラスト特性を有してい
る。このため、黒色の画像を表示させたときに、検光子
としての偏光板２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂから漏れる光が
存在し、スクリーンに投射された画像のコントラストが
低下する。また、液晶パネル２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂの
コントラスト特性は、入射する光の波長によって変化す
る波長依存性をもつことが知られている。特に、青色光
ＬB が入射する液晶パネル２２Ｂのコントラストが低下
することが知られている。すなわち、黒色の画像を表示
させたときに、検光子としての偏光板２３Ｒ，２３Ｇ，
２３Ｂから漏れる光の大部分が青色光ＬB である。この
ため、スクリーンに黒色の画像を表示させても、画像が
青みがかった黒となる。

【００３２】本実施形態では、このコントラストの低下
を抑制するために、図１に示したように、遮光板３５を
リレーレンズ３１の入射側に設けて、青色光ＬB のう
ち、スクリーンに黒色の画像を表示させた際に、偏光板
２３Ｂを通過してしまう漏光成分を遮光する。たとえ
ば、液晶パネル２２Ｂのコントラスト特性が、図１９に
おいて説明したコントラスト特性と同様の特性を有して
いる場合には、方位角φａが約１８０〜３６０度の方向
から入射する青色光ＬB に偏光板２３Ｂを通過してしま
う漏光成分が多く含まれる。したがって、方位角φａが
約１８０〜３６０°の方向から入射する青色光ＬBを選
択的に遮光し、液晶パネル２２Ｂに入射させないことに
より、スクリーンに投射される画像のコントラストの低
下を防ぐことができる。

【００３３】また、遮光板３５をリレーレンズ３１の入
射側に設けるのは、リレーレンズ３１の位置に光学系の
瞳位置が形成されるためである。光学系の瞳位置に遮光
板３５を配置することにより、青色光ＬB の角度分布を
制御（制限）することが可能になる。逆に、遮光板３５
を瞳位置またはその近傍に配置しないと、青色光ＬBの
角度分布を制御（制限）することができず、コントラス
トを低下させる漏光成分を選択的に除去することはでき
ない。

【００３４】図２は、液晶プロジェクター１の青色光Ｌ
B の通過する光学系に対する遮光板３５の配置関係を示
す図である。図２において、第１のＭＬＡ５および第２
のＭＬＡ６を通過した青色光ＬB は、集光レンズ９、リ
レーレンズ３０，３１および集光レンズ２０Ｂを通過し
て液晶パネル２２Ｂに到達する。このとき、第２のＭＬ
Ａ６を通過した青色光ＬB は、様々な入射角θ、方位角
φａで液晶パネル２２Ｂに入射する。液晶パネル２２Ｂ
に入射する青色光ＬB のうち、方位角φａが約１８０〜
３６０°の青色光ＬB は、図２において、第２のＭＬＡ
６の光軸ＬA に関して下側から出射される光である。

【００３５】このため、本実施形態では、図２に示すよ
うに、遮光板３５をリレーレンズ３１の光軸ＬA に関し
て上側に配置し、第２のＭＬＡ６の光軸ＬA に関して下
側から出射される光を遮光する。

【００３６】図３は遮光板３５のリレーレンズ３１に対
する具体的な配置を示す図である。遮光板３５は、矩形
状の板材から構成されており、遮光板３５の下端部がリ
レーレンズ３１の上端部から距離ｄの位置に配置されて
いる。この距離ｄは、液晶パネル２２Ｂのコントラスト
特性や、スクリーンに表示される画像に必要な輝度等の
条件から適宜決定される。

【００３７】上記のように、画像のコントラストを低下
させる液晶パネル２２Ｂに入射する青色光ＬB の特定の
角度成分を遮光板３５によって選択的に遮光することに
より、黒色の画像を表示させたときに、検光子としての
偏光板２３Ｂから漏れる光を低減できる。この結果、画
像のコントラストを向上させることができる。たとえ
ば、青色光ＬB のうち、液晶パネル２２Ｂに垂直ではな
く、角度をもって入射する成分を、円形開口をもつ絞り
を用いて一律に制限（減少）させるこおにより、画像の
コントラストを向上させることが可能であるが、コント
ラストを低下させない成分まで制限してしまうことにな
り、画像の輝度の低下量が大きくなるが、本実施形態で
は、液晶パネル２２Ｂに角度をもって入射する成分のう
ち、特定の分布の成分を選択的に遮光するので、画像の
輝度の低下を最小限に抑えつつ画像のコントラストを向
上させることができる。

【００３８】なお、本実施形態では、遮光板３５の形状
を矩形状としたが、これに限らず、液晶パネル２２Ｂの
コントラスト特性に応じて形状を変形することができ
る。また、本実施形態では、遮光板３５により、青色光
ＬB の一部を完全に遮光する構成としたが、減衰板を用
いて青色光ＬB の一部を減衰させる構成とすることも可
能である。また、本実施形態では、遮光板３５をリレー
レンズ３１の入射側に配置したが、リレーレンズ３１の
出射側に配置してもよい。あるいは、遮光板３５をリレ
ーレンズ３１の両側に配置する構成を採用することも可
能である。

【００３９】第２実施形態図４は、本発明の投射型表示装置の第２の実施形態に係
る液晶プロジェクターの光学系の構成を示す図である。
図４に示す液晶プロジェクター２００は、基本的には、
上述した第１の実施形態に係る液晶プロジェクター１と
同様の構成であり、同一構成部分については同一の符号
を付している。本実施形態に係る液晶プロジェクター２
００と、第１の実施形態に係る液晶プロジェクター１と
の間で異なる構成は、本実施形態に係る液晶プロジェク
ター２００は照明光学系に遮光板３５を備えておらず、
代わりに、投射光学系２８に遮光板５０を備えている点
である。

【００４０】上記の液晶パネル２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ
には、画像の輝度向上のため、たとえば、図５に示すよ
うな構成のマイクロレンズアレイが用いられることが知
られている。図５に示すように、マイクロレンズアレイ
７１は、たとえば、１０μｍ程度のピッチでマイクロレ
ンズ７１ａが液晶パネルの各画素に対応して配列された
ものであり、液晶パネルの液晶層７０に対して照明光学
系側に配置される。各マイクロレンズ７１ａは、照明光
学系から入射する照明光を集光して液晶層７０に入射さ
せることにより、液晶層７０を通過した光は、各画素７
２間に存在するトランジスタ配線部７２ａを避けて通過
し、トランジスタ配線部７２ａによって遮光されない。
このため、液晶パネルから出射される光の輝度がトラン
ジスタ配線部７２ａにより低下するのを防ぐことができ
る。

【００４１】上記のようなマイクロレンズアレイ７１を
備える液晶パネルを用いると、液晶パネルに入射する光
は、角度分布がマイクロレンズ７１ａによって変化す
る。このため、上述した第１の実施形態のように、照明
光学系において遮光板３５を用いて青色光ＬB の角度分
布を制御しても、液晶パネルにおいて角度分布が変わる
ため、画像のコントラストを低下させる角度成分の光が
発生してしまい、遮光板３５の効果が十分に得ることが
できなくなる。

【００４２】このため、本実施形態では、照明光の角度
分布を制御するための遮光板５０を投写光学系２８に設
けている。遮光板５０の投写光学系２８における配置
は、投写光学系２８の瞳位置またはその近傍である。結
像光学系においては、像から出射される光輝度の分布
は、光学系の瞳位置での空間分布に一致する。すなわ
ち、瞳位置における、光線の遮光板５０を通過した断面
形状と、液晶パネルに入射する光の角度分布の形状とを
相似形もしくは略相似形とするためである。

【００４３】たとえば、図６に示すように、レンズ８０
による結像関係を考えると、レンズ８０の瞳位置に開口
部８１ａをもつ遮光板８１を配置することにより、光の
角度分布を制御することができる。図７に示すように、
円形の開口部８１ａをもつ遮光板８１を瞳位置に置く
と、像に入射する角度分布は円形となり、図８に示すよ
うに、矩形状の開口部８１ａをもつ遮光板８１を瞳位置
に置くと、像に入射する光の角度分布は矩形状となる。

【００４４】上記の原理を利用して、投写光学系２８の
瞳位置またはその近傍に所定形状の開口部をもつ遮光板
５０を配置することにより、液晶パネル２２Ｒ，２２
Ｇ，２２Ｂに入射する光の角度分布を簡易に制御するこ
とができる。本実施形態では、液晶パネル２２Ｒ，２２
Ｇ，２２Ｂのコントラスト特性に応じて、投写光学系２
８に配置する遮光板５０の開口部の形状を設定する。

【００４５】ここで、液晶プロジェクター２００におけ
る投写光学系２８に配置する遮光板５０の開口部の形状
を決定するために、液晶パネル２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ
のコントラスト特性を測定する方法について説明する。
上述した第１の実施形態では、液晶パネルに光が入射さ
れる前の照明光学系の光路において光の一部を遮光する
構成としたが、実際に照明光のうちどの光がコントラス
トを低下させているのかを正確に測定するのは困難であ
る。すなわち、遮光すべき光の正確な特定は難しい。一
方、本実施形態では、投写光学系２８に遮光板５０を配
置する構成としているので、黒色表示状態の液晶パネル
を通過する光がコントラストを低下させる光であるの
で、比較的正確に測定することが可能である。

【００４６】コントラストを低下させる特定の入射角お
よび方位角の成分の光の測定は、液晶パネル２２Ｒ，２
２Ｇ，２２Ｂの直後にピンホールを配置し、このピンホ
ールからの出射光の像の輝度分布を測定することにより
行う。また、ピンホールからの出射光の像の輝度分布
が、照明光の入射角、方位角の輝度分布に対応する。な
お、測定した液晶パネルは、ツイスト角が９０°のＴＮ
(Twisted Nematic)液晶パネルであり、液晶の配向方向
が液晶パネルの基準軸に対して４５°方向に傾いている
ものである。

【００４７】図９は、液晶パネルを白表示状態にしたと
きの、ピンホールからの出射光の像の輝度分布の一例を
示す図である。図９において、領域Ｒ１が高い輝度の分
布を示しており、この輝度分布は光軸Ｌａを中心に同心
円状となっている。すなわち、方位角に依存しない分布
となっている。

【００４８】図１０は、図９において使用した液晶パネ
ルを黒表示状態にしたときの、ピンホールからの出射光
の像の輝度分布の一例を示す図である。図１０におい
て、領域Ｒ２が高い輝度の分布を示しており、主に、光
軸Ｌａに関して輝度が下側に偏っている。また、領域Ｒ
２は左右対称である。この偏った輝度分布が存在しなけ
れば、画像のコントラストが向上する。この高い輝度分
布の光が、コントラストを低下させる入射角および方位
角をもつ光である。

【００４９】図１１は、図９に示した輝度と、図１０に
示した輝度との比を示した図であり、これがコントラス
トの分布である。図１１に示す領域Ｒ３がコントラスト
が高く、光軸に関して下側はコントラストが低い領域で
ある。この液晶パネル場合には、方位角でいうと大体１
８０°〜３６０°の部分が画像のコントラストを低下さ
せることが分かる。

【００５０】上記の測定結果に基づいて、たとえば、図
１２および図１３に示す形状の遮光板５０を製作した。
図１２に示す遮光板５０は、円板状の遮光板の所定位置
に扇形の開口部５０ａを有しており、この開口部５０ａ
の形成位置は、図１０に示した領域Ｒ２の位置に略対応
している。

【００５１】図１３に示す遮光板５０は、図１２に示し
た遮光板５０の扇形の開口部５０ａよりも面積の大きい
開口部５０ｂを有している。この開口部５０ｂの形成位
置は、図１０に示した領域Ｒ２の位置に略対応している
とともに、領域Ｒ２の外形に略対応している。

【００５２】図１２および図１３に示した形状の遮光板
５０をそれぞれ用いて、液晶プロジェクター２００の画
像のコントラストを測定した。この結果を表１に示す。
表１において、図１２に示した遮光板５０を異形絞り
、図１３に示した遮光板５０を異形絞りとしてい
る。また、比較のため、図１４に示すような、略円形の
開口部９０ａをもつ円形絞り９０を投射光学系２８の瞳
位置に配置した場合のコントラストの測定結果および絞
りを配置しない場合のコントラストの測定結果をあわせ
て示す。なお、円形絞り９０は、開口部９０ａの面積が
可変となっており、この開口部９０ａの面積を、異形絞
りおよび異形絞りを用いたときの画像の明るさ（輝
度）の低下量とそれぞれ同じになるように調整した。

【００５３】

【表１】

【００５４】表１から分かるように、絞りを設けると、
絞りが無い場合に比べて、画像の明るさ（輝度）が低下
するが、いずれの場合も絞りが無い場合よりもコントラ
ストが向上する。

【００５５】また、図１２に示した異形絞りを用いた
場合には、円形絞り９０を用いた場合と同様の明るさの
低下量であっても、コントラストの向上率が大幅に高い
ことがわかる。円形絞り９０を用いると、特定の入射
角、方位角の光が一律に遮光されコントラストを低下さ
せる光とともに、コントラストを低下させない光も遮光
するためコントラストの向上率が比較的低い。一方、異
形絞りを用いると、円形絞り９０と同じ光量を遮光し
ても、コントラストを低下させる光を選択的に遮光する
ことができるため、コントラストの向上率をより高くす
ることができる。

【００５６】異形絞りを用いた場合と、異形絞りを
用いた場合を比較すると、図１０に示した領域Ｒ２の外
形に略一致させた異形絞りのほうが、大幅にコントラ
ストが向上するが、開口部の面積が大きい分明るさの低
下も大きい。これらのことから、コントラストの向上率
をより高くするためには、遮光板の遮光部の形状および
大きさを液晶パネルのコントラスト特性の分布形状でき
るだけ近づけたほうがよいが、遮光部が大きすぎると液
晶プロジェクター２００の画像の明るさが低下してしま
う。このコントラストの向上率と明るさの低下の関係は
測定結果からわかるので、測定した画像の明るさとコン
トラストとのトレードオフから遮光板５０の開口部およ
び遮光部の形状、面積を適宜決定することが可能とな
る。

【００５７】以上のように、本実施形態によれば、投射
光学系２８に光軸に関して非対称な形状の開口部をもつ
遮光板５０を設けて、液晶パネル２２Ｒ，２２Ｇ，２２
Ｂを通過した光のうち、画像のコントラストを低下させ
る角度成分の光を選択的に遮光することにより、大幅に
画像のコントラストを向上させることができる。また、
本実施形態によれば、画像のコントラストを低下させる
角度成分の光を選択的に遮光することができるので、円
形開口の絞りの場合とくらべて、画像の明るさの低下を
抑制することができる。

【００５８】また、本実施形態によれば、投射光学系２
８に遮光板５０を設けるため、黒色表示状態の液晶パネ
ル２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂから漏れる光を正確に測定す
ることができ、この測定結果に合わせて遮光板５０を設
計することにより、コントラストの調整を精度良く行う
ことが可能になる。

【００５９】さらに、本実施形態によれば、投射光学系
２８の絞りに変更を加えるだけで、照明光学系等の他の
構成に一切変更を加えなくてもよいため、簡易に実施が
可能である。また、一般に、投射光学系２８のレンズ
は、液晶プロジェクター内部の照明光学系とは独立して
いるため、たとえば、既存の投射光学系２８のレンズを
絞り付きレンズに交換するだけで、必要に応じて液晶プ
ロジェクターのコントラストと明るさを適宜選択するこ
とができる。

【００６０】また、本実施形態では、遮光板５０の開口
部の面積を一定とする構成としたが、たとえば、図１５
に示すように、遮光板５０の開口部５０ａの面積を変更
可能な構成としてもよい。この場合には、投射光学系２
８のレンズを交換することなく、必要に応じてコントラ
ストと明るさを調整することが可能となる。

【００６１】また、本実施形態では、遮光板５０を投射
光学系２８の瞳位置近傍に配置する構成としたが、投射
光学系２８がズームレンズを有する場合には、瞳位置は
変化する。この場合には、遮光板５０をズームレンズの
ズーム比の変化に応じて、瞳位置近傍に位置するように
連動させる構成とすることができる。

【００６２】第３実施形態図１６は、本発明の投射型表示装置の第３の実施形態に
係る液晶プロジェクターに用いる遮光板の構造を示す図
である。上述した第２の実施形態に係る液晶プロジェク
ターの液晶パネルは、液晶の配向方向が液晶パネルの基
準方向に対して４５°の角度で傾斜したものであった。
配向方向が液晶パネルの基準方向に対して４５°の角度
で傾いていると、たとえば、図１０に示したように、液
晶パネルのコントラスト特性が左右対称となっている。
このため、図４に示した液晶プロジェクターの光学系の
反射ミラー４、ダイクロイックミラー１０Ｒ，１０Ｇ、
反射ミラー１１，１２，１３、干渉フィルタ２５ａ，２
５ｂにおいて、光が反射されて各色の照明分布が左右が
反転しても、投射光学系２８に設けた遮光板５０の位置
では、各色のコントラスト特性は重なる。

【００６３】すなわち、赤色光は、反射ミラー４、ダイ
クロイックミラー１０Ｒ、反射ミラー１１および干渉フ
ィルタ２５ｂで反射され、緑色光は反射ミラー４、ダイ
クロイックミラー１０Ｇで反射され、青色光は反射ミラ
ー４、反射ミラー１２、１３および干渉フィルタ２５ａ
で反射されるため、投射光学系２８に設けた遮光板５０
の位置では、各色のコントラスト特性は重なる。このた
め、各色のコントラスト特性に対して、共通の形状の遮
光板５０がコントラストの向上を図る上で有効となる。

【００６４】一方、液晶パネルの仕様によっては、液晶
の配向方向が液晶パネルの縦方向または横方向に沿った
場合もある。このような液晶パネルの場合には、液晶パ
ネルのコントラスト特性が左右対称にはならず、図１０
に示したコントラスト特性が回転する。コントラスト特
性が左右対称でない液晶パネルを、図４に示した液晶プ
ロジェクターの光学系に用いると、投射光学系２８に設
けた遮光板５０の位置において各色のコントラスト特性
は重ならない。たとえば、図１０に示したコントラスト
特性が９０°回転した液晶パネル、すなわち、コントラ
スト特性が上下で対称の液晶パネルを図４に示した液晶
プロジェクター２００の光学系に用いた場合には、投射
光学系２８に設けた遮光板５０の位置において緑色光と
青色光のコントラスト特性は重なるが、赤色光のコント
ラスト特性は重ならない。

【００６５】したがって、緑色光および青色光に対して
は同じ形状の遮光板を用いてコントラストを低下させる
光を選択的に遮光することができるが、赤色光に対して
は同じ形状の遮光板を用いることができない。

【００６６】そこで、本実施形態では、図１６に示す遮
光板５５を用いることができる。図１６に示す遮光板５
５は、左側に緑色光および青色光のみを透過し、赤色光
を遮光する光学フィルター５５ａを有し、右側に赤色光
のみを透過し緑色光および青色光を遮光する光学フィル
ター５５ｂを有する。すなわち、遮光板５５は波長選択
性を有する。光学フィルター５５ａおよび光学フィルタ
ー５５ｂには、たとえば、カラーフィルターやダイクロ
イックミラーを用いることができる。

【００６７】上記の構成の遮光板５５を用いることによ
り、液晶パネル２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂにコントラスト
特性が左右対称ではないものを用いた場合にも、コント
ラストの向上を図ることができる。なお、遮光板５５が
一枚でけでは、各色光に含まれるコントラストを低下さ
せる成分の選択的な遮光が難しい場合には、複数の遮光
板５５を用いてもよい。

【００６８】第４実施形態図１７は、本発明が適用される他の液晶プロジェクター
の例を示す図である。図１７に示す液晶プロジェクター
３００は、反射型液晶プロジェクターであり、反射集光
鏡３０１ａおよび放電ランプ３０１ｂを備えた光源部３
０１と、第１のＭＬＡ３０２と、第２のＭＬＡ３０３
と、集光レンズ３０４および３０５と、偏光ビームスプ
リッタ３０６と、色分解合成プリズム３０７と、反射型
液晶パネル３０８，３０９，３１０と、投射光学系３１
１と、投射光学系３１１に設けられた遮光板３１２とか
ら基本的に構成されている。

【００６９】液晶プロジェクター３００において、光源
部３０１から出射された光は、第１のＭＬＡ３０２、第
２のＭＬＡ３０３、集光レンズ３０４および集光レンズ
３０５の作用によって、３枚の反射型液晶パネル３０
８，３０９，３１０に均一に照明される。照明光は、偏
光子および検光子として機能する偏光ビームスプリッタ
３０６に入射し、偏光ビームスプリッタ３０６によって
Ｓ偏光が選択され、色分解合成プリズム３０７に入射す
る。

【００７０】色分解合成プリズム３０７では、入射され
た光が、赤色、緑色、青色の各色光に分解される。分解
された各色光は、対応する反射型液晶パネル３０８，３
０９，３１０に入射し、反射型液晶パネル３０８，３０
９，３１０に印加される映像信号にしたがって変調さ
れ、再び色分解合成プリズム３０７に入射する。

【００７１】色分解合成プリズム３０７に再び入射した
赤色、緑色、青色の各色光は、合成され、再び偏光ビー
ムスプリッタ３０６に入射する。偏光ビームスプリッタ
３０６に入射した光のうち、Ｐ偏光のみが選択されて投
射光学系３１１に入射する。投射光学系３１１によっ
て、反射型液晶パネル３０８，３０９，３１０の像がス
クリーン等の投射面に投影される。

【００７２】上記構成の液晶プロジェクター３００の投
射光学系３１１の瞳位置またはその近傍に、反射型液晶
パネル３０８，３０９，３１０の有するコントラスト特
性に応じた形状の遮光板３１２を配置する。遮光板３１
２の開口部の形状を決定するための反射型液晶パネル３
０８，３０９，３１０の有するコントラスト特性の測定
は、上述した第２の実施形態の場合と同様である。すな
わち、反射型液晶パネル３０８，３０９，３１０の前面
にピンホールを置き、黒表示状態と白表示状態の輝度分
布を測定することにより、コントラスト特性の分布を知
ることができる。

【００７３】このように、透過型の液晶プロジェクター
に限らず、反射型液晶プロジェクターの場合にも、画像
のコントラストを向上させることができる。

【００７４】以上、種々の実施形態を挙げたが、本発明
の投射型表示装置は、上述した実施形態に限定されな
い。たとえば、上述した実施形態では、ＴＮ液晶を用い
た液晶パネルのもつコントラスト特性に応じて、照明光
の一部を選択的に遮光する場合について説明したが、垂
直配向液晶材料を用いた液晶パネルであっても、この液
晶パネルのもつコントラスト特性を測定し、測定したコ
ントラスト特性に応じた遮光手段を光学系の光路に設け
ることにより、画像のコントラストの向上を図ることが
できる。

【００７５】

【発明の効果】本発明によれば、液晶パネル等の光変調
手段のコントラスト特性に応じて、画像のコントラスト
を低下させる成分の光を選択的に遮光することにより、
画像の明るさの低下を最小限に抑えつつ、コントラスト
の向上を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投射型表示装置の一実施形態に係る液
晶プロジェクターの光学系の構成を示す図である。

【図２】液晶プロジェクター１の青色光ＬB の通過する
光学系に対する遮光板３５の配置関係を示す図である。

【図３】遮光板３５のリレーレンズ３１に対する具体的
な配置を示す図である。

【図４】本発明の投射型表示装置の第２の実施形態に係
る液晶プロジェクターの光学系の構成を示す図である。

【図５】マイクロレンズアレイを用いた液晶パネルの構
造の一例を示す図である。

【図６】光の角度分布を制御する方法を説明するための
図である。

【図７】円形の開口部をもつ遮光板によって光の角度分
布を制御した状態を示す図である。

【図８】矩形の開口部をもつ遮光板によって光の角度分
布を制御した状態を示す図である。

【図９】液晶パネルを白表示状態にしたときの、ピンホ
ールからの出射光の像の輝度分布の一例を示す図であ
る。

【図１０】図９において使用した液晶パネルを黒表示状
態にしたときの、ピンホールからの出射光の像の輝度分
布の一例を示す図である。

【図１１】図９に示した輝度と図１０に示した輝度との
比を示した図である。

【図１２】遮光板の形状の一例を示す図である。

【図１３】遮光板の形状の他の例を示す図である。

【図１４】略円形の開口部をもつ可変円形絞りの一例を
示す図である。

【図１５】遮光板５０のさらに他の構成を示す図であ
る。

【図１６】本発明の投射型表示装置の第３の実施形態に
係る液晶プロジェクターに用いる遮光板の構造を示す図
である。

【図１７】本発明が適用される他の液晶プロジェクター
の構成を示す図である。

【図１８】液晶プロジェクターの構成の一例を示す図で
ある。

【図１９】液晶パネルのコントラスト特性の一例を示す
図である。

【図２０】液晶パネルのコントラスト特性の測定条件を
説明するための図である。

【符号の説明】

１，２００…液晶プロジェクター、２…光源部、３…光
学フィルター、４…反射ミラー、８…インテグレータ光
学系、９…集光レンズ、１０Ｒ，１０Ｂ…ダイクロイッ
クミラー、１１，１２，１３…反射ミラー、２０Ｒ，２
０Ｇ，２０Ｂ…集光レンズ、２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ…
偏光板、２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ…液晶パネル、２３
Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂ…偏光板、２５…ダイクロイックプ
リズム、２８…投射光学系、５０…遮光板。

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照明光を出射する光源と、入力される画像
情報に基づいて入射される照明光を変調して出射する光
変調手段と、前記光源からの照明光を前記光変調手段に
入射させる照明光学系と、前記光変調手段から出射され
る照明光を投射する投射光学系と、を有する投射型表示
装置であって、前記照明光のうち、前記光変調手段の光学特性に基づく
特定の角度成分の光を選択的に遮光する遮光手段を有す
る投射型表示装置。
【請求項２】前記遮光手段は、前記照明光のうち、黒色
表示状態の前記光変調手段を透過可能な角度成分の光の
少なくとも一部を選択的に遮光する請求項１に記載の投
射型表示装置。
【請求項３】前記遮光手段は、前記投射光学系の光路に
配置されている請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項４】前記遮光手段は、前記照明光学系の光路に
配置されている請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項５】前記遮光手段は、前記照明光の入射位置に
応じて選択的に光を遮光する遮光部をもつ遮光部材を有
する請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項６】前記遮光部材は、光軸に関して非対称な形
状の光を透過する開口部をもつ請求項５に記載の投射型
表示装置。
【請求項７】前記遮光部材は、前記投射光学系または前
記照明光学系の瞳位置またはその近傍に配置されている
請求項５に記載の投射型表示装置。
【請求項８】前記遮光部材の開口部の面積が可変となっ
ている請求項６に記載の投射型表示装置。
【請求項９】前記遮光手段は、前記照明光の波長および
入射位置に応じて選択的に光を遮光する光学フィルター
を有する請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項１０】前記光変調手段は、液晶パネルを有する
請求項１に記載の投射型表示装置。