JP2005114763A

JP2005114763A - プロジェクタシステムとその駆動方法

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Publication number: JP2005114763A
Application number: JP2003344802A
Authority: JP
Inventors: Shuhei Yamada; 周平山田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-10-02
Filing date: 2003-10-02
Publication date: 2005-04-28
Anticipated expiration: 2023-10-02
Also published as: JP4552412B2

Abstract

【課題】明るい部屋でもコントラストの高い表示が可能なプロジェクタシステムを提供する。
【解決手段】映像光を投射するプロジェクタと、この映像光の被投射体としてのスクリーンとを備えたプロジェクタシステムにおいて、映像の明るさに応じて上記スクリーン４０を制御することにより、直接スクリーン上で映像光の反射光量を調節する。具体的には、スクリーン４０を反射型或いは散乱型の液晶パネルとして構成し、液晶分子の配向を制御することで、パネルの透過率或いは散乱強度を調節する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクタシステムとその駆動方法に関するものである。

従来、プロジェクタのダイナミックレンジを広げる方法としては、下記特許文献１，２に開示されるようなものが知られている。この方法では、照明光源とライトバルブとの間に液晶装置や遮光板等の調光手段を設け、映像の明るさに応じてライトバルブに入射させる照明光の光量を変化させると同時に、入力された映像信号に伸長処理を施している。
特開平９−１１６８４０号公報特開２００１−１００６８９号公報

しかしながら、上述の方法を採用しても、プロジェクタを明るい部屋で用いた場合には黒浮きが生じ、ダイナミックレンジを十分に広げることはできなかった。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、明るい部屋でもコントラストの高い表示を行なえるようにした、プロジェクタシステムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明のプロジェクタシステムは、映像光を投射するプロジェクタと、該映像光の被投射体としてのスクリーンとを備え、上記映像の明るさに応じて上記スクリーンを制御することにより、上記映像光の反射光量を調節可能としたことを特徴とする。
本発明のプロジェクタシステムは、映像情報に基づいて表示映像の明るさを調節する適応型の制御を可能とするものである。本システムでは、例えば映像シーンが明るい場面であれば表示映像の輝度を大きくし、暗い場面であれば表示の輝度を小さくすることによって映像の迫力を高めたり、このような光量調節に加えて更に映像信号に伸長を行なうことで、ダイナミックレンジを広げたりすることができる。

本発明では、従来のようにスクリーンに投影される前に映像光の光量調節を行なうのではなく、直接スクリーンの反射率を制御することによって表示映像の明るさを調節しているので、室内の照明光（外光）がスクリーンに反射されることで生じるコントラストの低下を従来よりも小さくすることができる。つまり、スクリーンに映像を表示する場合、観察者側には映像光の反射光と外光の反射光の２種類の光が観察されるが、従来のようにスクリーンの散乱強度が一定のものでは、外光の反射光量は調光量に関係なく常に一定の値となるため、暗い場面では、画面全体が白っぽくなってしまう。これに対して、本発明では、調光がスクリーン上で行なわれるため、外光の反射光量を映像光の調光と同時に行なうことができる。したがって、暗い場面では、外光の反射光量を小さくすることができ、十分な黒表示を行なうことが可能となる。なお、明るいシーンでは、スクリーンの反射率の増加によって外光の反射光量も大きくなるが、映像全体が明るいため、黒表示部分の輝度向上はコントラストに大きな影響を与えない。よって、明るい部屋でプロジェクタを用いた場合であってもコントラストの高い映像表示が可能となる。

上記スクリーンの具体的な形態としては、上記スクリーンが上記映像光の入射面に反射型の液晶パネルを備え、この液晶パネルの液晶分子の配向変化により、上記映像光の反射光量が調節可能とされたものを例示することができる。
この構成によれば、液晶パネルに印加する電圧により液晶分子の配向状態を変化させることにより、スクリーンの反射率を高速且つ高精度に調節することができる。このため、１フレームの映像信号に基づいて映像の明るさを微細にコントロールすることが可能となる。なお、本明細書において、「反射」には、金属反射膜面による鏡面反射や拡散反射の他に、屈折率の異なる異種材料間の散乱によって入射光の一部が観察者側に戻されるものも含まれるものとする。

この反射型液晶パネルの具体的な形態としては、上記液晶パネルが、液晶分子と高分子とが相分離した状態で分散された高分子分散型の液晶層と、この液晶層を透過した光を吸収する光吸収層とを備えたものを例示することができる。
この構成において、上記プロジェクタから出力される映像光が直線偏光からなる場合には、上記液晶パネルの液晶分子と高分子とが電圧無印加状態において略１方向に揃って配向されるとともに、上記液晶分子の配向変化が、上記映像光の偏光方向とこの映像光の伝播方向とを含む平面内で行なわれることが好ましい。

通常の高分子分散型の液晶パネルでは、高分子の配向状態は無秩序であるため、液晶分子と高分子の実効的な屈折率を一致させた場合でも、十分な透明状態は得られない。また、高分子中に分散された液晶分子の配向も無秩序となるため、液晶分子の平均屈折率と高分子の屈折率との差が小さくなり、液晶分子と高分子の配向を異ならせた場合でも、十分な散乱状態は得られない。これに対して、本構成では、電圧無印加状態における液晶分子と高分子が略１方向に揃って配向されているため、高分子が無秩序に配向した従来のものに比べて、液晶分子の配向を制御して液晶分子と高分子の屈折率を一致させた場合の液晶パネルの透過率と、液晶分子と高分子の屈折率を異ならせた場合の液晶パネルの散乱強度とを共に高めることができる。特に本構成では、液晶分子の配向変化が、入射光の偏光方向とこの入射光の伝播方向とを含む平面内で生じるため、入射光の感じる屈折率変化は最も大きくなり、パネルの散乱特性は更に高まる。

また、上記反射型液晶パネルの他の形態としては、上記液晶パネルが、液晶分子と２色性色素とが混合されたゲストホスト型の液晶層と、この液晶層を透過した光を反射する反射層とを備えたものを例示することができる。
この構成において、上記プロジェクタから出力される映像光が直線偏光からなる場合には、上記液晶パネルの液晶分子と２色性色素とが電圧無印加状態において略１方向に揃って配向されるとともに、上記液晶分子と２色性色素の配向変化が、上記映像光の偏光方向とこの映像光の伝播方向とを含む平面内で行なわれることが好ましい。
この構成では、液晶分子及び２色性色素の配向変化が、入射光の偏光方向とこの入射光の伝播方向とを含む平面内で生じるため、２色性色素による光の吸収特性は最も大きくなる。

なお、上述のように液晶中に２色性色素を混合したものでは、上記液晶パネルの上記映像光の入射面側に、上記映像光の偏光方向と略平行な透過軸を有する吸収型の偏光層が設けられることが好ましい。
上記構成では、映像光の光吸収特性は高められるものの、これに垂直な偏光は吸収されないので、無秩序光（即ち、直交する２種類の偏光成分を有する光）である外光のうち、映像光の偏光方向に垂直な偏光成分は、２色性色素に吸収されずにそのまま観察者側に反射される。これに対して、本構成では映像光の偏光方向に垂直な偏光成分は偏光層によって吸収されるので、外光によるコントラストの低下を十分に抑えることができる。

また、上述した本発明のプロジェクタシステムには更に、映像を構成する単位時間当たりの映像信号に基づいて、上記スクリーンを制御する制御信号を決定する制御信号決定手段と、上記制御信号に基づいて上記スクリーンを制御するスクリーン制御手段と、上記映像信号を上記制御信号に基づいて伸長する映像信号伸長手段とを備えることが好ましい。
この構成によれば、まず制御信号決定手段において映像を構成する単位時間（例えば１フレーム）あたりの映像信号に基づいてスクリーンを制御するための制御信号が決定され、スクリーン制御手段がこの制御信号に基づいてスクリーンを制御することにより映像内容に応じて明るさが変化する映像光をスクリーンに投射する一方、映像信号伸張手段が制御信号に基づいて映像信号を伸張する。この動作によって、投射映像のダイナミックレンジを拡張することができ、映像表現力や使用環境への順応性に優れたプロジェクタシステムを実現することができる。

本発明のプロジェクタシステムの駆動方法は、映像を構成する単位時間当たりの映像信号に基づいて上記スクリーンを制御する制御信号を決定し、上記制御信号に基づいて上記スクリーンを制御することにより上記スクリーンに入射される光の反射光量を調節するとともに、上記映像信号を上記制御信号に基づいて伸長し、この伸長した映像信号を上記プロジェクタに供給することによって映像を生成することを特徴とする。
この構成によれば、投射映像のダイナミックレンジを拡張することができ、映像表現力が高い映像を得ることができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
まず最初に、本発明のプロジェクタシステムの一例である液晶プロジェクタシステムについて図６〜図１０を用いて説明する。
本実施の形態のプロジェクタ３０は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の異なる色毎に透過型液晶ライトバルブを備えた３板式のカラー液晶プロジェクタである。図６はこの液晶プロジェクタを示す概略構成図であって、図中、符号１は照明装置、２は光源、３，４はフライアイレンズ（均一照明手段）、１３，１４はダイクロイックミラー、１５，１６，１７は反射ミラー、２２，２３，２４は液晶ライトバルブ（光変調手段）、２５はクロスダイクロイックプリズム、２６は投射レンズ（投射手段）を示している。また、符号４０は、プロジェクタ３０から投射される映像光の被投射体としてのスクリーンを示している。そして、このプロジェクタ３０及びスクリーン４０によって、本発明のプロジェクタシステムが構成されている。

本実施の形態における照明装置１は、光源２とフライアイレンズ３，４とから構成されている。光源２は高圧水銀ランプ等のランプ７とランプ７の光を反射するリフレクタ８とから構成されている。また、光源光の照度分布を被照明領域である液晶ライトバルブ２２，２３，２４において均一化させるための均一照明手段として、光源２側から第１のフライアイレンズ３、第２のフライアイレンズ４が順次設置されている。ここで、第１のフライアイレンズ３は複数の２次光源像を形成し、第２のフライアイレンズ４はライトバルブ位置においてそれらを重畳する重畳レンズとしての機能を有する。場合によっては２次光源像を重畳するためのコンデンサーレンズを第２のフライアイレンズ４の位置、もしくはその後段に配しても良い。

照明装置１の後段の構成を以下、各構成要素の作用とともに説明する。
青色光・緑色光反射のダイクロイックミラー１３は、光源２からの光束のうちの赤色光Ｌ_Ｒを透過させるとともに、青色光Ｌ_Ｂと緑色光Ｌ_Ｇとを反射させるものである。ダイクロイックミラー１３を透過した赤色光Ｌ_Ｒは反射ミラー１７で反射されて赤色光用液晶ライトバルブ２２に入射される。一方、ダイクロイックミラー１３で反射した色光のうち、緑色光Ｌ_Ｇは緑色光反射用のダイクロイックミラー１４によって反射され、緑色光用液晶ライトバルブ２３に入射される。一方、青色光Ｌ_Ｂはダイクロイックミラー１４も透過し、リレーレンズ１８、反射ミラー１５、リレーレンズ１９、反射ミラー１６、リレーレンズ２０からなるリレー系２１を経て青色光用液晶ライトバルブ２４に入射される。

各液晶ライトバルブ２２，２３，２４によって変調された３つの色光（カラー映像光）は、クロスダイクロイックプリズム２５に入射される。このプリズムは４つの直角プリズムが貼り合わされた構造を有し、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されてカラー画像を表す光（映像光）が形成される。合成された光は投射光学系である投射レンズ２６によりスクリーン２７上に投射され、拡大された映像が表示される。
本実施形態の場合、スクリーン４０は反射型の液晶パネルからなり、スクリーン４０の反射光量は外部からの情報、例えば、ある瞬間の映像の明るさに同期させて可変に調節できるようになっている。なお、スクリーン４０の構成については後述する。

次に、本実施の形態のプロジェクタシステムの駆動方法について説明する。
図７は本実施の形態のプロジェクタシステムの駆動回路の構成を示すブロック図である。調光機能を持たないプロジェクタシステムの場合、プロジェクタから投射された映像光は、反射率を固定されたスクリーンによってそのままの輝度で反射されるが、スクリーン自体に調光機能が備えられ、且つ、それを映像信号に基づいて制御する本実施の形態の場合、基本的な構成として、以下に説明するようにデジタル信号処理ブロックであるＤＳＰ（１）〜ＤＳＰ（３）などの回路が必要となる。

本実施の形態では、図７に示すように、アナログ信号として入力された映像信号がＡＤコンバータ３１を経て第１のデジタル信号処理回路であるＤＳＰ（１）３２（制御信号決定手段）に入力される。ＤＳＰ（１）３２では、映像信号から明るさ制御信号が決定される。ＤＳＰ（２）３３（スクリーン制御手段）では、明るさ制御信号に基づいてスクリーンドライバ３４を制御し、最終的にはスクリーンドライバ３４がスクリーン４０を実際に駆動する。

一方、ＤＳＰ（１）３２で決定された明るさ制御信号は、映像信号とともにＤＳＰ（３）３６（映像信号伸張手段）にも入力される。ＤＳＰ（３）３６では明るさ制御信号に基づいて映像信号を適当な階調範囲に伸張する。伸張処理後の映像信号はＤＡコンバータ３７により再びアナログ信号に変換された後、パネルドライバ３８に入力され、パネルドライバ３８から赤色光用液晶ライトバルブ２２（図７中のＲパネル）、緑色光用液晶ライトバルブ２３（同、Ｇパネル）、青色光用液晶ライトバルブ２４（同、Ｂパネル）のそれぞれに供給される。

ここで、スクリーン４０の制御方法に関しては、[１]表示映像適応型の制御、の他に、[２]投射拡大率による制御、[３]外部からの制御、などが考えられる。以下にそれぞれの方法について説明する。
[１]表示映像適応型の制御
まず、表示映像適応型の制御、すなわち明るい映像シーンでは光量が多くなり、暗いシーンでは光量が少なくなるような表示映像に適応した明るさ制御を行う場合について考える。この場合、上記で説明したように、ＤＳＰ（１）３２で映像信号に基づいて明るさ制御信号が決定されるが、その方法には例えば次の３通りが考えられる。

（ａ）注目しているフレームに含まれている画素データのうち、明るさが最大の階調数を明るさ制御信号とする方法。
例えば０〜２５５の２５６ステップの階調数を含む映像信号を想定する。連続した映像を構成する任意の１フレームに着目した場合、そのフレームに含まれる画素データの階調数毎の出現数分布（ヒストグラム）が、図８（ａ）のようになったとする。この図の場合、ヒストグラムに含まれる最も明るい階調数が１９０であるので、この階調数１９０を明るさ制御信号とする。この方法は、入力される映像信号に対し、最も忠実に明るさを表現できる方法である。

（ｂ）注目しているフレームに含まれている階調数毎の出現数分布（ヒストグラム）より、最大の明るさから出現数について一定の割合（例えば１０％）となる階調数を明るさ制御信号とする方法。
例えば映像信号の出現数分布が図９のようであった場合、ヒストグラムより明るい側から１０％の領域をとる。１０％に相当するところの階調数が２３０であったとすると、この階調数２３０を明るさ制御信号とする。図９に示したヒストグラムのように、階調数２５５の近傍に突発的なピークがあった場合、上記（ａ）の方法を採用すれば、階調数２５５が明るさ制御信号となる。しかしながら、この突発的なピーク部分は画面全体における情報としてはあまり意味をなしていない。これに対して、階調数２３０を明るさ制御信号とする本方法は、画面全体の中で情報として意味を持つ領域によって判定する方法と言うことができる。なお、上記の割合は２〜５０％程度の範囲で変化させてもよい。

（ｃ）画面を複数のブロックに分割して、ブロック毎、含まれている画素の階調数の平均値を求め、最大のものを明るさ制御信号とする方法。
例えば図１０に示すように、画面をｍ×ｎ個のブロックに分割し、それぞれのブロックＡ_１１，…，Ａ_ｍｎ毎の明るさ（階調数）の平均値を算出し、そのうちで最大のものを明るさ制御信号とする。なお、画面の分割数は６〜２００程度とすることが望ましい。この方法は、画面全体の雰囲気を損なうことなく、明るさを制御できる方法である。
上記（ａ）〜（ｃ）の方法について、明るさ制御信号の判定を、表示領域全体に対して行う他に、例えば表示領域の中央部分など、特定の部分だけに上記方法を適用することもできる。この場合、視聴者が注目している部分から明るさを決定するような制御の仕方が可能となる。

次にＤＳＰ（２）３３において、上記の方法で決定した明るさ制御信号に基づいてスクリーンドライバ３４を制御するが、この方法にも例えば次の３通りが考えられる。

（ａ）出力された明るさ制御信号に応じてリアルタイムで制御する方法。
この場合はＤＳＰ（１）３２から出力された明るさ制御信号をそのままスクリーンドライバ３４に供給すればよいため、ＤＳＰ（２）３３での信号処理は不要となる。この方法は映像の明るさに完全に追従する点で理想的ではあるが、映像の内容により画面の明暗が短い周期で変化することもあり、鑑賞時に余計なストレスを感じるなどの問題が発生する恐れがある。

（ｂ）出力された明るさ制御信号にＬＰＦ（ローパスフィルター）をかけ、その出力で制御する方法。
例えばＬＰＦによって１〜３０秒以下の明るさ制御信号の変化分をカットし、その出力によって制御する。この方法によれば、細かい時間の変化分はカットされるため、上記のような短い周期での明暗の変化を避けることができる。

（ｃ）明るさ制御信号の切り替わりエッジを検出する方法。
明るさ制御信号に所定の大きさ以上（例えば６０階調以上）の変化があった場合にのみスクリーンドライバ３４を制御する。この方法によれば、シーンの切り替わりなどのみに応じた制御を行うことができる。

このようにして、例えば階調数１９０が明るさ制御信号に決定された場合、最大明るさ（階調数２５５）の反射光量を１００％とすると、１９０／２５５＝７５％の光量が得られるようにスクリーン４０を駆動する。本実施の形態の場合、スクリーン４０は具体的には反射型液晶パネルであるから、反射率が７５％（透過率が２５％）となるように液晶分子の配向状態を変化させる。同様に、階調数２３０が明るさ制御信号である場合、２３０／２５５＝９０％の反射光量が得られるようにスクリーン４０を駆動する。

一方、ＤＳＰ（３）３６では、ＤＳＰ（１）３２で決定された明るさ制御信号と映像信号に基づいて映像信号を適当な階調範囲まで伸張する。例えば最大階調範囲にまで伸張する場合、上記の例では表示可能な最大階調数が２５５であるから、図８（ａ）の例で明るさ制御信号が階調数１９０の場合、階調数０〜１９０までの映像信号を図８（ｂ）に示すように階調数０〜２５５まで伸張する。このような照明光量の制御と映像信号の伸張処理によって、映像のダイナミックレンジを拡張しつつ、滑らかな階調表現を実現することができる。

[２]投射拡大率による制御
投射レンズ２６のズーミングに対応させて制御する。通常はプロジェクタ３０からの投射光量は一定であるから、拡大側では画面が暗くなり、縮小側で明るくなる傾向にある。したがって、これを補正するように、拡大側に変化させた場合には反射光量が増えるように、縮小側に変化させた場合には反射光量が減るようにスクリーン４０を制御する。

[３]外部からの制御
使用者が好みに応じてスクリーン４０を制御できるようにする。例えば暗い鑑賞環境においては反射光量が少なく、明るい鑑賞環境においては反射光量が多くなるようにスクリーン４０を制御する。この場合、使用者がコントローラを用いて、もしくはスクリーン４０を直接操作するなどして調節する構成としてもよいし、明るさセンサなどを設けて自動的に制御される構成としてもよい。ただし、これら[２]、[３]の制御を行うためには、図７でＤＳＰ（１）３２〜ＤＳＰ（３）３６のような回路は不要であるが、それ以外の回路構成が必要になる。

[スクリーン−１]
次に、図１〜図３を参照しながら、本発明の第１実施形態に係るスクリーンについて説明する。図１は、本実施形態のスクリーンの概略構成を示す断面図、図２は当該スクリーンに備えられる液晶の配向状態を、このスクリーンに入射される映像光の偏光状態と共に示す概略斜視図、図３はスクリーンの作用を説明するための図である。

本実施形態のスクリーン４０は、背面側に光吸収層４８を備えた高分子分散型の液晶パネルからなり、このパネルの液晶分子の配向を制御することによって、パネルの散乱状態、即ち、反射光量の調節が行なわれるようになっている。すなわち、本実施形態のスクリーン４０は、図１に示すように、プラスチックフィルム等からなる一対の透光性基材４１，４４を備え、これらの基材の間に、液晶分子と高分子とが相分離した状態で分散された高分子分散型の液晶層４７が挟持されている。そして、これらの基材のうち、液晶層４７に対して映像光の入射側と反対側の基材４１には、液晶層４７に散乱されずに透過した光を吸収するための光吸収層４８が設けられている。

２枚の基材４１，４４の内面側（液晶層４７側）には、それぞれＩＴＯ等の透光性導電膜からなる電極４２，４５が設けられており、更にこれらの電極４２，４５の上には、それぞれ配向膜４３，４６が積層されている。
液晶層４７には、液晶中に互いにネットワーク状に連鎖された高分子分散体が混在されており、これらの高分子４７ｂ及び液晶分子４７ａは、図２に示すように、初期配向状態（電圧無印加状態における配向状態）において互いに略揃った状態で１方向に配向されている。また、液晶分子４７ａは、液晶層４７に電圧を印加することによって、映像光の偏光方向とこの映像光の伝播方向とを含む平面内で配向状態が変化されるようになっている。なお、本実施形態では、入射映像光に垂直な偏光方向の光が液晶層４７をそのまま透過して光吸収層４８に吸収されるように、上記方向における液晶分子４７ａと高分子４７ｂの屈折率は等しく構成されている。

このような液晶層４７は例えば以下のような方法により形成することができる。
まず、液晶中に、上記高分子４７ｂの材料である高分子前駆体を均一に混合させた混合物を作成し、この混合物を配向膜４３，４６の形成された基材４１と基材４４の間に充填する。この際、高分子前駆体としては液晶性を有する材料、例えば、液晶性紫外線硬化型モノマー或いはそれらのオリゴマー等を用いる。これにより、基材間に配置された液晶分子４７ａや高分子前駆体は、配向膜４３，４６の作用により、互いに揃った状態で１方向に配向される。次に、上記混合物の充填されたパネルに対して紫外線等を照射し、上述のような配向状態を維持したまま高分子前駆体を重合させる。以上により、液晶分子４７ａと高分子４７ｂの配向が揃った高分子分散型液晶層４７が形成される。

この液晶層４７の具体的な配向態様としては、例えば以下の（１），（２）のようなものが挙げられる。
（１）初期配向状態において、液晶分子４７ａと高分子４７ｂとが基板４１，４４に略平行で且つ互いに揃った状態で１方向に配向しており（ホモジニアス配向）、電圧印加状態において、液晶分子４７ａが基板４１，４４に略垂直に立った状態となる（ホメオトロピック配向）。
この場合、上述の液晶分子４７ａとしては誘電異方性が正のネマチック液晶が用いられ、配向膜４３、４６にはラビング等の水平配向処理が施される。この際、各配向膜４３，４６の配向方向は互いに平行であり、これらの配向方向は入射映像光の偏光方向と略平行な方向とされる。

（２）初期配向状態において、液晶分子４７ａと高分子４７ｂとが基板４１，４４に略垂直に立った状態であり（ホメオトロピック配向）、電圧印加状態において、液晶分子４７ａが基板４１，４４に平行で且つ１方向に揃った状態で配向する（ホモジニアス配向）。
この場合、上述の液晶分子４７ａとしては誘電異方性が負のネマチック液晶が用いられ、配向膜４３，４６は共に垂直配向膜とされる。なお、配向膜４３，４６には、電圧印加時における液晶分子４７ａの配向方向を１方向に規定するために、ラビング等のプレチルト角付与処理が施される。この際、各配向膜４３，４６のプレチルト方向は互いに平行であり、これらのプレチルト方向は入射映像光の偏光方向と略平行な方向とされる。
なお、これらの配向形態において、高分子の形状や配向状態等は固定されたものであり、電圧印加によって液晶分子の配向状態を変化させても、高分子の配向状態等は影響を受けない。

このように、本実施形態ではスクリーン４０自体に調光機能が備わっているため、例えば映像シーンが明るい場面ではスクリーンの散乱強度が大きくなるようにし（図３（ａ）参照）、暗い場面では散乱強度が小さくなるようにする（図３（ｂ）参照）ことで、従来と同様に、映像に応じた明るさの制御が可能となり、ダイナミックレンジの拡張に寄与することができる。しかし、本実施形態では、従来のようにスクリーンに投影される前に映像光の光量調節を行なうのではなく、直接スクリーンの反射率を制御することによって表示映像の明るさを調節しているので、室内の照明光（外光）がスクリーンに反射されることで生じるコントラストの低下を従来よりも小さくすることができる。つまり、スクリーンに映像を表示する場合、観察者側には映像光の反射光と外光の反射光の２種類の光が観察されるが、従来のようにスクリーンの散乱強度が一定のものでは、外光の反射光量は調光量に関係なく常に一定の値となるため、暗い場面では、画面全体が白っぽくなってしまう。これに対して、本実施形態では、調光がスクリーン上で行なわれるため、外光の反射光量を映像光の調光と同時に行なうことができる。したがって、暗い場面では、外光の反射光量を小さくすることができ、十分な黒表示を行なうことが可能となる。なお、明るいシーンでは、スクリーンの反射率の増加によって外光の反射光量も大きくなるが、映像全体が明るいため、黒表示部分の輝度向上はコントラストに大きな影響を与えない。よって、明るい部屋でプロジェクタを用いた場合であってもコントラストの高い映像表示が可能となる。

また、本実施形態ではスクリーン４０が液晶パネルとして構成されているため、パネルに印加する電圧によって光の散乱状態（即ち、映像光の反射率）を高速且つ高精度に調節することができる。このため、１フレームの映像信号に基づいて映像の明るさを微細にコントロールすることが可能となる。この際、本実施形態では、液晶層４７内の液晶分子と高分子とが電圧無印加状態において略１方向に揃って配向され、液晶分子の配向変化が、映像光の偏光方向とこの映像光の伝播方向とを含む平面内で行なわれるため、特に液晶ライトバルブを用いたプロジェクタのように映像光が直線偏光として出力される場合には、映像光の光量調節幅を大きくとることができる。

つまり、通常の高分子分散型の液晶パネルでは、高分子の配向状態は無秩序であるため、液晶分子と高分子の実効的な屈折率を一致させた場合でも、十分な透明状態は得られない。また、高分子中に分散された液晶分子の配向も無秩序となるため、液晶分子の平均屈折率と高分子の屈折率との差が小さくなり、液晶分子と高分子の配向を異ならせた場合でも、十分な散乱状態は得られない。これに対して、本実施形態では、電圧無印加状態における液晶分子と高分子が略１方向に揃って配向されているため、高分子が無秩序に配向した従来のものに比べて、液晶分子の配向を制御して液晶分子と高分子の屈折率を一致させた場合の液晶パネルの透過率と、液晶分子と高分子の屈折率を異ならせた場合の液晶パネルの散乱強度とを共に高めることができる。特に本構成では、液晶分子の配向変化が、入射光の偏光方向とこの入射光の伝播方向とを含む平面内で生じるため、入射光の感じる屈折率変化は最も大きくなり、パネルの散乱特性は更に高まる。また、この構成では、映像光に対して垂直な偏光は液晶分子の配向変化によって散乱されないため、液晶層４７をそのまま透過して光吸収層４８に吸収される。このため、調光によらなくても、無秩序光からなる外光の半分はカットされ、黒浮きの少ない表示が得られる。
このように本実施形態では、パネルの散乱状態（光反射率）を広い範囲で調節できるため、更に高品質な映像表示が可能となる。

[スクリーン−２]
次に、図４，図５を参照しながら、本発明の第２実施形態に係るスクリーンについて説明する。図４は、本実施形態のスクリーンの概略構成を示す断面図、図５は当該スクリーンに備えられる液晶の配向状態を、このスクリーンに入射される映像光の偏光状態と共に示す概略斜視図である。なお、本実施形態において、上記第１実施形態と同様の部材又は部位については同じ符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態のスクリーン５０は前面に吸収型偏光層５８を備えたゲストホスト型の液晶パネルからなり、このパネルの液晶分子の配向を制御することによって、パネルの反射率、即ち、反射光量の調節が行なわれるようになっている。すなわち、本実施形態のスクリーン５０は、図４に示すように、プラスチックフィルム等からなる一対の透光性基材４１，４４を備え、これらの基材の間に、液晶分子と２色性色素とが混合されたゲストホスト型の液晶層５７が挟持されている。そして、これらの基材のうち、液晶層５７に対して映像光の入射側の基材４１には、映像光に垂直な変更方向の光を吸収するために、映像光の偏光方向と略平行な透過軸を有する吸収型偏光層５８が設けられている。

２枚の基材４１，４４の内面側（液晶層４７側）には、液晶層５７に電圧を印加するための電極４２，４５が設けられており、更にこれらの電極４２，４５の上には、それぞれ配向膜４３，４６が積層されている。本実施形態では、液晶層５７を透過した光を反射するために、液晶層５７に対して映像光の入射側と反対側の電極４２にはＡｌやＡｇ等の高反射率の金属反射膜が用いられており、この金属反射膜によって本発明の反射層が構成されている。ただし、基板４１に別途反射膜が設けられている場合には、電極４２，４５を共にＩＴＯ等の透光性導電膜とすることもできる。なお、視角特性を高めるために、映像光を反射するための反射膜は拡散反射膜とすることが好ましい。

液晶層５７を構成する液晶分子５７ａ及び２色性色素５７ｂは、図５に示すように、初期配向状態において互いに略揃った状態で１方向に配向されている。また、液晶分子５７ａは、液晶層５７に電圧を印加することによって、映像光の偏光方向とこの映像光の伝播方向とを含む平面内で配向状態が変化され、これに伴って２色性色素５７ｂもこの平面内で分子長軸が回転されるようになっている。なお、２色性色素５７ｂには、可視光全波長領域に吸収のあるもの（黒色色素）を用いることが望ましい。

この液晶層５７の具体的な配向態様としては、例えば以下の（１），（２）のようなものが挙げられる。
（１）電圧無印加状態において、液晶分子５７ａと２色性色素５７ｂが基板４１，４４に平行で且つ互いに揃った状態（ホモジニアス配向）であり、電圧印加状態において、液晶分子５７ａと２色性色素５７ｂとが共に基板４１，４４に略垂直に立った状態で１方向に配向する（ホメオトロピック配向）。
この場合、上述の液晶分子５７ａとしては誘電異方性が正のネマチック液晶が用いられ、配向膜４３、４６にはラビング等の水平配向処理が施される。この際、各配向膜４３，４６の配向方向は互いに平行であり、これらの配向方向は入射映像光の偏光方向と略平行な方向とされる。

（２）電圧無印加状態において、液晶分子５７ａと２色性色素５７ｂとが基板に略垂直に立った状態で１方向に配向しており（ホメオトロピック配向）、電圧印加状態において、液晶分子５７ａと２色性色素５７ｂとが共に基板４１，４４に平行で且つ互いに揃った状態となる（ホモジニアス配向）。
この場合、上述の液晶分子５７ａとしては誘電異方性が負のネマチック液晶が用いられ、配向膜４３，４６は共に垂直配向膜とされる。なお、配向膜４３，４６には、電圧印加時における液晶分子５７ａの配向方向を１方向に規定するために、ラビング等のプレチルト角付与処理が施される。この際、各配向膜４３，４６のプレチルト方向は互いに平行であり、これらのプレチルト方向は入射映像光の偏光方向と略平行な方向とされる。

したがって、本実施形態でも外光によるコントラストの低下を抑えることができる。
また、本実施形態では、液晶層５７内の液晶分子と２色性色素の配向変化が、映像光の偏光方向とこの映像光の伝播方向とを含む平面内で行なわれるため、２色性色素による光の吸収特性は最も高くなる。このため、本実施形態のように映像光が直線偏光として出力されるものでは、映像光の光量調節幅を大きくとることができ、ダイナミックレンジの広い高品質な映像表示が可能となる。
また、本実施形態では、パネル前面に設けた偏光層５８によって、映像光に対して垂直な偏光方向を有する光を吸収しているため、映像の明るさを損なうことなく、外光の影響を更に小さくすることができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上記実施形態ではスクリーンを反射型の液晶パネルとしたが、本発明はこれに限定されず、スクリーンを電気泳動パネル等の光反射を調節可能な種々のパネルによって構成することができる。

本発明の第１実施形態に係るスクリーンの概略構成を示す断面図。同、スクリーンに備えられる液晶の配向状態を、このスクリーンに入射される映像光の偏光状態と共に示す概略斜視図。同、スクリーンの作用を説明するための図。本発明の第１実施形態に係るスクリーンの概略構成を示す断面図。同、スクリーンに備えられる液晶の配向状態を、このスクリーンに入射される映像光の偏光状態と共に示す概略斜視図。本発明の第１実施形態に係るプロジェクタシステムの概略構成を示す図。同、投射型液晶表示装置の駆動回路の構成を示すブロック図である。同、投射型液晶表示装置において、映像信号から明るさ制御信号を決定する第１の方法を説明するための図である。同、第２の方法を説明するための図である。同、第３の方法を説明するための図である。

符号の説明

３０・・・カラー液晶プロジェクタ、４０，５０・・・スクリーン、４７，５７・・・液晶層、４７ａ，５７ａ・・・液晶分子、４７ｂ・・・高分子、４８・・・光吸収層、５７ｂ・・・２色性色素、５８・・・偏光層、３２・・・ＤＳＰ（１）（制御信号決定手段）、３３・・・ＤＳＰ（２）（スクリーン制御手段）、３６・・・ＤＳＰ（３）（映像信号伸長手段）

Claims

映像光を投射するプロジェクタと、該映像光の被投射体としてのスクリーンとを備え、
上記映像の明るさに応じて上記スクリーンを制御することにより、上記映像光の反射光量を調節可能としたことを特徴とする、プロジェクタシステム。
上記スクリーンは上記映像光の入射面に反射型の液晶パネルを備え、この液晶パネルの液晶分子の配向変化により、上記映像光の反射光量が調節可能とされたことを特徴とする、請求項１記載のプロジェクタシステム。
上記液晶パネルが、液晶分子と高分子とが相分離した状態で分散された高分子分散型の液晶層と、この液晶層を透過した光を吸収する光吸収層とを備えたことを特徴とする、請求項２記載のプロジェクタシステム。
上記プロジェクタから出力される映像光が直線偏光からなり、
上記液晶パネルの液晶分子と高分子とが電圧無印加状態において略１方向に揃って配向されるとともに、上記液晶分子の配向変化が、上記映像光の偏光方向とこの映像光の伝播方向とを含む平面内で行なわれることを特徴とする、請求項３記載のプロジェクタシステム。
上記液晶パネルが、液晶分子と２色性色素とが混合されたゲストホスト型の液晶層と、この液晶層を透過した光を反射する反射層とを備えたことを特徴とする、請求項２記載のプロジェクタシステム。
上記プロジェクタから出力される映像光が直線偏光からなり、
上記液晶パネルの液晶分子と２色性色素とが電圧無印加状態において略１方向に揃って配向されるとともに、上記液晶分子と２色性色素の配向変化が、上記映像光の偏光方向とこの映像光の伝播方向とを含む平面内で行なわれることを特徴とする、請求項５記載のプロジェクタシステム。
上記液晶パネルの上記映像光の入射面側に、上記映像光の偏光方向と略平行な透過軸を有する吸収型の偏光層が設けられたことを特徴とする、請求項６記載のプロジェクタシステム。
映像を構成する単位時間当たりの映像信号に基づいて、上記スクリーンを制御する制御信号を決定する制御信号決定手段と、上記制御信号に基づいて上記スクリーンを制御するスクリーン制御手段と、上記映像信号を上記制御信号に基づいて伸長する映像信号伸長手段とを備えたことを特徴とする、請求項１〜７のいずれかの項に記載のプロジェクタシステム。
請求項７記載のプロジェクタシステムの駆動方法であって、
映像を構成する単位時間当たりの映像信号に基づいて上記スクリーンを制御する制御信号を決定し、上記制御信号に基づいて上記スクリーンを制御することにより上記スクリーンに入射される光の反射光量を調節するとともに、上記映像信号を上記制御信号に基づいて伸長し、この伸長した映像信号を上記プロジェクタに供給することによって映像を生成することを特徴とする、プロジェクタシステムの駆動方法。