JP2006084759A

JP2006084759A - リアプロジェクタ

Info

Publication number: JP2006084759A
Application number: JP2004269292A
Authority: JP
Inventors: Yasunaga Miyazawa; 康永宮澤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-09-16
Filing date: 2004-09-16
Publication date: 2006-03-30

Abstract

【課題】画像補正を困難にすることなく、低輝度時に使用可能な階調数の減少を抑制することが可能で、さらに、これに伴う発熱の影響を抑制することが可能なリアプロジェクタを提供する。
【解決手段】クロスダイクロイックプリズム５０によって合成された偏光光からなる光学像は、液晶パネルからなる偏光方向調整器６０に出射される。ここで、偏光方向調整器６０に印加する電圧を制御して、液晶の配向を変化させると、入射する偏光光の偏光方向を０°〜９０°の範囲で変化させて出射することができる。また、スクリーン８０の背面８０ａの略全面には、特定の偏光方向の偏光光を透過可能な偏光板８１が貼り付けられている。このため、投写レンズ７０から出射される偏光光のうち、偏光板８１を透過する光量は、偏光方向調整器６０によって回転された偏光方向に応じて約０％〜１００％の範囲で可変となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、透過型スクリーンを備え、前記スクリーンの背面側に光学像を投写するリアプロジェクタに関する。

プロジェクタ（リアプロジェクタを含む）は、液晶ライトバルブ等の光変調装置によって、光源から出射した光を画像信号に応じて変調する際、光変調装置から出射する光量を制御することによって多階調表示を行っており、最も暗い状態から、最も明るい状態までを複数段階の明るさで表現することが可能になっている。

画像を多階調表示する際には、階調数が多いほど、画像の明暗の変化が滑らかとなって表示品位が向上する。しかしながら、画面全体が低輝度の画像を表示する場合には、使用されない高輝度側の階調の数だけ、使用可能な階調数が減少することになるため、画像内の輝度変化の不連続が目立つようになってしまう。

このような問題を回避するため、画面全体が低輝度の画像を表示する際には、光変調装置に入射する光量を制限することによって画面全体の輝度を低下させ、使用可能な階調数を維持する提案がなされている（例えば、特許文献１、２）。

特開平６−１０２４８４号公報特開２００２−７２３６１号公報

しかしながら、特許文献１に示すように、光源の出力を可変とする構成では、出力の大小によって光源の発光色に差が生じるため、画像補正が困難となるという問題を有している。一方、特許文献２に示すように、絞り機構を備えた調光部材等によって、光変調装置に入射する光量を制限する構成では、絞る程度によって光変調装置に入射する光の均一度が異なり、輝度ムラや色ムラの傾向に変化が生じるため、画像補正が困難となる。さらに、調光部材によって吸収された光のエネルギーは、熱エネルギーとなって調光部材の温度を上昇させる。この調光部材は、高温下で特性が変化しやすい光源及び光変調装置の間の光路に配置する必要があるため、冷却機構の増設や冷却能力の向上が必要となり、機器の大型化や騒音の増大を招いてしまう。

本発明は上記問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、画像補正を困難にすることなく、低輝度時に使用可能な階調数の減少を抑制することが可能で、さらに、これに伴う発熱の影響を抑制することが可能なリアプロジェクタを提供することにある。

本発明のリアプロジェクタは、光源と、前記光源から出射した光を変調して、偏光方向が揃った偏光光からなる光学像を形成する液晶型光変調装置と、前記液晶型光変調装置で形成された光学像を拡大投写する投写レンズとを備えた投写光学系と、前記投写光学系から投写された光学像を透過させて画像を表示可能なスクリーンと、前記投写レンズの出射側の光路上に備えられ、所定の偏光方向の偏光光を透過可能な偏光板と、前記液晶型光変調装置から前記偏光板に至る光路上に備えられ、前記液晶型光変調装置から出射した偏光光の偏光方向を回転可能な偏光方向調整器とを有することを特徴とする。

このリアプロジェクタによれば、偏光方向調整器が、偏光光の偏光方向を回転することによって、投写レンズの出射側光路上に備えられた偏光板を透過する光量を調整することが可能となる。このため、低輝度の画像を表示する際には、偏光板を透過する光量を抑制することによって画面全体を暗くすることが可能となるため、使用可能な階調数の減少を抑制することが可能となる。さらに、偏光方向の回転によって光量の調整を行うため、光源出力の変化に伴う発光色の変化や、絞り機構等の調光部材に起因する輝度ムラや色むらの補正が不要となる。

また、偏光板が投写レンズの出射側に備えられているため、光量の調整に伴う発熱は、投写レンズの出射側、つまり、高温時に特性が劣化しやすい液晶型光変調装置や光源を備えた投写光学系の外側で生じることになる。このため、液晶型光変調装置や光源に対する熱の影響を抑制することが可能となる。

このリアプロジェクタにおいて、前記偏光板は、前記スクリーンに一体的に備えられていることが望ましい。

このリアプロジェクタによれば、偏光板がスクリーンに一体的に備えられていることから、光量の調整に伴う発熱を、スクリーンの外側（スクリーンの投写面の反対側）に放出することが可能となる。さらに、投写レンズによって拡大された投写光（光学像）を用いて光量の調整を行うことになるため、大きな面積で放熱することが可能となり、偏光板の放熱効率を高めることが可能とる。この結果、液晶型光変調装置や光源に対する熱の影響を、さらに抑制することが可能となる。

このリアプロジェクタにおいて、前記偏光方向調整器は、前記投写レンズの入射側の光路に備えられていることが望ましい。

このリアプロジェクタによれば、偏光方向調整器が投写レンズの入射側に備えられているため、偏光方向調整器は、投写レンズによって拡大される前の光学像（偏光光）の偏光方向を回転することになる。このため、偏光方向調整器の大型化、及びこれに伴うコストの上昇を抑制することが可能となる。

本発明のリアプロジェクタは、光源と、前記光源から出射した光を変調して光学像を形成する光変調装置と、前記光変調装置で形成された光学像を拡大投写する投写レンズとを備えた投写光学系と、前記投写光学系から投写された光学像を透過させて画像を表示可能なスクリーンと、前記投写レンズの出射側の光路上に備えられ、所定の偏光方向の偏光光を透過可能な偏光板と、前記光源から前記偏光板に至る光路上に備えられ、入射した光から偏光方向が揃った偏光光を形成して出射する偏光形成部と、前記偏光形成部から前記偏光板に至る光路上に備えられ、前記偏光形成部で形成された偏光光の偏光方向を回転可能な偏光方向調整器とを有することを特徴とする。

また、偏光板が投写レンズの出射側に備えられているため、光量の調整に伴う発熱は、投写レンズの出射側、つまり、高温時に特性が劣化しやすい光変調装置や光源を備えた投写光学系の外側で生じることになる。このため、光変調装置や光源に対する熱の影響を抑制することが可能となる。

このリアプロジェクタにおいて、前記光変調装置は、入射した光の出射方向を制御することにより前記光源から出射した光を変調するミラーデバイスであってもよい。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係るリアプロジェクタについて、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態におけるリアプロジェクタの光学系の概略構成を示す構成図であり、光源から出射された光が、スクリーンに至るまでの光路を示している。
図１に示すように、リアプロジェクタ１は、投写光学系５と、投写光学系５の外側に備えられ、投写光学系５から拡大投写された光学像を受光するスクリーン８０とを備えており、投写光学系５は、照明光学系１０と、色光分離光学系２０と、リレー光学系３０と、液晶型光変調装置としての３つの液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂと、クロスダイクロイックプリズム５０と、偏光方向調整器６０と、投写レンズ７０とを備えている。

照明光学系１０は、光源１１と、第１のレンズアレイ１２と、第２のレンズアレイ１３と、偏光変換素子１４と、重畳レンズ１５とを備えており、光源１１は、ｓ偏光（振動方向（偏光軸）が入射面に垂直な偏光）成分と、ｐ偏光（偏光軸が入射面に平行な偏光）成分とを含むランダムな偏光方向（偏光軸の方向）の光線束を出射する。

光源１１から出射された光線束は、微小なレンズ１２ａがマトリクス状に配置された第１のレンズアレイ１２によって多数の微小な光線束に分割される。第２のレンズアレイ１３及び重畳レンズ１５は、分割された光線束のそれぞれが、照明対象である３つの液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの全体を照射するように備えられている。このため、各光線束が液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの入射側表面で重畳され、液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの全体がほぼ均一に照明される。

第２のレンズアレイ１３と重畳レンズ１５との間には、偏光変換素子１４が備えられている。偏光変換素子１４は、非偏光な光を液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂで効率よく利用可能とするため、特定の偏光方向を有する偏光光に揃える機能を有している。本実施形態の偏光変換素子１４は、偏光ビームスプリッタアレイと選択位相差板（いずれも図示せず）との組み合わせによって形成されており、偏光ビームスプリッタアレイによって光源１１から出射された光をｓ偏光光とｐ偏光光とに分離し、選択位相差板によってｐ偏光光をｓ偏光光に変換する。つまり、偏光変換素子１４に入射した光の大部分は、ｓ偏光光に揃えられて色光分離光学系２０に入射する。

色光分離光学系２０は、照明光学系１０から出射された光を、波長域の異なる３色の光に分離する。第１のダイクロイックミラー２１は、略赤色の光を透過させるとともに、透過する光よりも短波長の光を反射する。第１のダイクロイックミラー２１を透過した赤色光Ｒは、反射ミラー２２で反射されて赤色光用の液晶ライトバルブ４０Ｒを照明する。

第１のダイクロイックミラー２１で反射された光のうち、緑色光Ｇは、第２のダイクロイックミラー２３によって反射されて緑色光用の液晶ライトバルブ４０Ｇを照明する。また、青色光Ｂは、第２のダイクロイックミラー２３を透過し、リレー光学系３０を通過して、青色光用の液晶ライトバルブ４０Ｂを照明する。

なお、青色光Ｂの経路は、他の色光の経路に比べて長くなってしまうことから、光線束の発散によって、液晶ライトバルブ４０Ｂへの照明効率が低下するのを抑制するために、青色光Ｂの経路には、リレー光学系３０が設けられている。

リレー光学系３０は、入射側レンズ３１と、第１の反射ミラー３２と、リレーレンズ３３と、第２の反射ミラー３４と、出射側レンズ３５とを備えている。色光分離光学系２０から出射した青色光Ｂは、入射側レンズ３１によってリレーレンズ３３の近傍で収束し、出射側レンズ３５に向けて発散する。

各色光Ｒ，Ｇ，Ｂは、色光分離光学系２０及びリレー光学系３０において、偏光方向が変化しないため、それぞれの大部分はｓ偏光光のまま液晶型光変調装置としての液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂに入射する。

各液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂは、複数の画素を備えた液晶パネル４１を備えており、液晶パネル４１の入射側表面及び出射側表面には、それぞれ入射側偏光板４２及び出射側偏光板４３が貼り付けられている。液晶パネル４１は、図示しない一対の透明基板間に液晶が封入されており、各透明基板の内面には、液晶に対して画素毎に駆動電圧を印加可能な透明電極が形成されている。

入射側偏光板４２及び出射側偏光板４３は、偏光光を透過可能な方向（透過軸）と、偏光光を吸収する方向（吸収軸）とを有しており、偏光軸が透過軸と一致する偏光成分のみを透過可能になっている。本実施形態では、入射側偏光板４２は、その透過軸がｓ偏光光の偏光軸と一致するように備えられており、出射側偏光板４３は、その透過軸がｐ偏光光の偏光軸と一致するように備えられている。なお、偏光変換素子１４から出射される偏光光が、ｐ偏光成分をほとんど含まない理想的なｓ偏光光として液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂに至る場合には、入射側偏光板４２を省略することも可能である。

各液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂに入射する各色光の大部分はｓ偏光光であるため、そのほとんどは入射側偏光板４２を透過して、液晶パネル４１に入射する。ここで、液晶パネル４１の各画素に、画像データに応じた駆動電圧が印加されると、液晶パネル４１に入射したｓ偏光光は、駆動電圧に応じて変調され、画素毎に異なる偏光方向を有した偏光光となる。この偏光光のうち、ｐ偏光成分のみが出射側偏光板４３を透過する。つまり、液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂが、画像データに応じて、画素毎に異なる透過率で入射光を透過させることによって、階調を有する光学像が色光毎に形成される。液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂから出射したｐ偏光光からなる光学像は、クロスダイクロイックプリズム５０に入射する。

クロスダイクロイックプリズム５０は、各液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂから出射された各色の光学像（ｐ偏光光）を合成してカラー画像を表す光学像を形成する。クロスダイクロイックプリズム５０によって合成されたｐ偏光光からなる光学像は、偏光方向調整器６０に出射される。

偏光方向調整器６０は、入射する偏光光の偏光方向を回転させる機能を有している。具体的には、偏光方向調整器６０は、例えば、一対の透明基板間に液晶が封入された液晶パネルで構成することが可能である。各透明基板の内面には、液晶全体に対して均一の駆動電圧を印加可能な透明電極が形成されており、透明電極に印加する電圧を制御して液晶の配向を変化させることによって、入射する偏光光の偏光方向を０°〜９０°の範囲で変化させて出射することが可能になっている。本実施形態では、偏光光の偏光方向は、透明電極に電圧を印加しない状態で９０°回転し、印加する電圧に応じて偏光方向の回転を０°に近づけることが可能になっている。つまり、偏光方向調整器６０にｐ偏光光が入射されると、電圧を印加しない状態では、そのほとんどがｓ偏光光として出射され、電圧を印加した状態では、印加電圧に応じて、出射光に含まれるｓ偏光成分は小さくなる。偏光方向調整器６０から出射した光は、投写レンズ７０によって、スクリーン８０に拡大投写される。

スクリーン８０は、拡大投写された光学像を受光するため、投写光学系５の各構成部材における照射面積に比べて大きな面積を有している。また、スクリーン８０は、透過型のスクリーンであって、拡散板、フレネルレンズ、レンチキュラーレンズ（いずれも図示せず）等の構成部材が一体的に積層された層状構造を有している。スクリーン８０の背面（投写面）８０ａ側で受光された光学像は、スクリーン８０を透過して、スクリーン８０の前面８０ｂに画像として表示される。

ここで、スクリーン８０の背面８０ａの略全面には、偏光板８１が備えられている。本実施形態の偏光板８１は、透過軸がｓ偏光光の偏光軸と一致するようにスクリーン８０の背面８０ａに貼り付けられており、入射する偏光光のｓ偏光成分のみを透過可能になっている。前述したように、クロスダイクロイックプリズム５０から出射される光学像は、ｐ偏光光からなっており、偏光方向調整器６０に電圧を印加しない状態では、偏光方向調整器６０からｓ偏光光となって出射されるため、投写レンズ７０から投写される光学像は、偏光板８１によってほとんど吸収されることなく、スクリーン８０に至る。一方、偏光方向調整器６０に電圧を印加した状態では、偏光板８１を透過してスクリーン８０に至る光量の割合は、印加する電圧に応じて約０％〜１００％の範囲で可変となる。

図２は、本実施形態におけるリアプロジェクタの概略構成を示すブロック図である。
図２に示すように、リアプロジェクタ１は、制御部９０によってその動作が制御され、制御部９０には、データ記憶部９１と、３つの液晶ライトバルブ駆動部４５Ｒ，４５Ｇ，４５Ｂと、偏光方向調整器駆動部６５とが接続されている。液晶ライトバルブ駆動部４５Ｒ，４５Ｇ，４５Ｂ及び偏光方向調整器駆動部６５は、それぞれ前述した液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂ及び偏光方向調整器６０を駆動する。また、リアプロジェクタ１は、図示しない外部接続端子を備えており、外部の画像供給装置から供給された画像信号を受け取ることができる。

制御部９０は、外部の画像供給装置から受信した画像信号を、必要に応じて（画像信号がアナログの場合に）ＡＤ変換した後、画像信号を液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの各画素に対応させるための解像度変換等の画像処理を行い、１フレーム毎にデジタルの画像データを生成する。画像データは、色（ＲＧＢ）毎に生成され、各液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの各画素の階調を表す複数の画素値によって構成されている。データ記憶部９１は、画像処理の際の一時記憶等に用いられ、少なくとも１フレーム分の画像データを記憶することが可能になっている。

制御部９０は、１フレーム毎に、生成する３つ（ＲＧＢ）の画像データの中からフレーム内最大画素値（当該フレームにおいて最も光量を要する画素の画素値）を検出し、この画素値に応じた制御信号を偏光方向調整器駆動部６５に出力する。偏光方向調整器駆動部６５は、この制御信号に応じて、偏光方向調整器６０を駆動して、光学像を構成する偏光光の偏光方向を回転する。具体的には、液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの当該画素（当該フレームにおいて最も光量を要する画素）の透過率を最大（約１００％）としたときに、当該画素から出射する偏光光のうち偏光板８１を透過する光量が、当該画素の表示に要する光量となるように偏光方向を回転する。

さらに、制御部９０は、当該画素の画素値が、液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂにおける最大透過率（約１００％）に対応する画素値（最大画素値）となるように、全画素の画素値を比例的に補正し、液晶ライトバルブ駆動部４５Ｒ，４５Ｇ，４５Ｂに供給する。その後、液晶ライトバルブ駆動部４５Ｒ，４５Ｇ，４５Ｂが、補正された画素値に応じた駆動電圧を液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの各画素に印加することにより、入力された画像信号に応じた画像がスクリーン８０の前面８０ｂに表示される。

図３（ａ），（ｂ）は、前記動作における偏光方向の回転及び画素値の補正の具体例を説明する説明図であり、画素値とスクリーン８０の前面８０ｂから出力される光の輝度との関係を表している。なお、本実施形態では、画素値は８ビットで表され、ＲＧＢの各色毎に２５６の階調を備えた画像を表示可能である。また、液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂで最大透過率（約１００％）に設定された１つの画素から出射した光（ｐ偏光光）が、偏光方向調整器６０によってｓ偏光光となり、偏光板８１にほとんど吸収されることなくスクリーン８０に至った場合の輝度を最大輝度Ｆｍａｘと呼ぶものとする。

図３（ａ）に示すように、フレーム内最大画素値が、最大輝度Ｆｍａｘに対応する最大画素値Ｄｍａｘ（２５５）の場合には、制御部９０は、偏光方向の回転及び画素値の補正を行わずに、画像データを液晶ライトバルブ駆動部４５Ｒ，４５Ｇ，４５Ｂに供給する。

一方、フレーム内最大画素値が最大画素値Ｄｍａｘ（２５５）ではなく、例えば、最大輝度Ｆｍａｘの４０％の輝度に対応する画素値Ｄ４０（１５０）の場合には、偏光板８１を透過する光量が入射光の４０％となるように、偏光方向調整器６０によって偏光方向を回転するとともに、図３（ｂ）に示すように、その最大画素値Ｄｍａｘ（２５５）が最大輝度Ｆｍａｘの４０％に対応するように、画像データの各画素値を補正する。この結果、偏光方向調整器６０による光量の調整がなされない場合には、図３（ａ）に示すように、１５１（０〜１５０）の階調数しか使用できないのに対して、偏光方向調整器６０による光量の調整を行うことによって、２５６（０〜２５５）の階調数を使用することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態のリアプロジェクタ１によれば、以下の効果を得ることができる。

（１）本実施形態のリアプロジェクタ１によれば、偏光方向調整器６０が偏光光の偏光方向を回転することによって、スクリーン８０の背面８０ａに備えられた偏光板８１を透過する光量を調整することが可能となる。このため、低輝度の画像を表示する際には、偏光板８１を透過する光量を抑制することによって画面全体を暗くすることが可能となるため、使用可能な階調数の減少を抑制することが可能となる。さらに、偏光方向の回転によって光量の調整を行うため、光源出力の変化に伴う発光色の変化や、絞り機構等の調光部材に起因する輝度ムラや色むらの補正が不要となる。

（２）本実施形態のリアプロジェクタ１によれば、偏光板８１が投写レンズ７０の出射側に備えられているため、光量の調整に伴う発熱は、投写レンズ７０の出射側、つまり、高温時に特性が劣化しやすい液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂや照明光学系１０を備えた投写光学系５の外側で生じることになる。このため、液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂや照明光学系１０に対する熱の影響を抑制することが可能となる。

（３）本実施形態のリアプロジェクタ１によれば、偏光板８１がスクリーン８０に貼り付けられている。即ち、偏光版８１がスクリーン８０に一体的に備えられていることから、光量の調整に伴う発熱を、スクリーン８０の前面８０ｂ側に放出することが可能となる。さらに、投写レンズ７０によって拡大された投写光（光学像）を用いて光量の調整を行うことになるため、大きな面積で放熱することが可能となり、偏光板８１の放熱効率を高めることが可能となる。

（４）本実施形態のリアプロジェクタ１によれば、偏光方向調整器６０が投写レンズ７０の入射側に備えられているため、偏光方向調整器６０は、投写レンズ７０によって拡大される前の光学像（偏光光）の偏光方向を回転すればよいことになる。このため、偏光方向調整器６０の大型化、及びこれに伴うコストの上昇を抑制することが可能となる。

（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態に係るリアプロジェクタについて、図面を参照して説明する。図４は、本実施形態におけるリアプロジェクタの光学系の概略構成を示す構成図であり、光源から出射された光が、スクリーンに至るまでの光路を示している。本実施形態のリアプロジェクタは、光源から出射した光を、カラーホイールによってＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の異なる色光に変換し、ミラーデバイスにより時間変調してカラー画像を表示するリアプロジェクタである。

図４に示すように、リアプロジェクタ１０１は、投写光学系１０５と、投写光学系１０５の外側に備えられ、投写光学系１０５から拡大投写された光学像を受光するスクリーン１８０とを備えており、投写光学系１０５は、光源１１０と、カラーホイール１２０と、光変調装置としてのミラーデバイス１３０と、偏光形成部としての偏光変換素子１４０と、偏光方向調整器１５０と、光吸収体１６０と、投写レンズ１７０等とを有している。

光源１１０から出射された非偏光の光は、カラーホイール１２０を介してミラーデバイス１３０を照明する。カラーホイール１２０は、円盤状に形成されるとともに、その中心部には、図示しない電動モータ等の駆動装置が備えられており、周方向に回転可能になっている。また、カラーホイール１２０には、周方向に沿ってＲ、Ｇ、Ｂの各色光を透過する薄膜干渉フィルタ等からなるカラーフィルタが備えられており、カラーホイール１２０の回転によって、ミラーデバイス１３０は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色光で順次照明される。

光変調装置としてのミラーデバイス１３０には、画素としての複数のマイクロミラー（図示せず）がマトリクス状に配置されており、画像データに応じてミラーデバイス１３０を駆動することにより、各マイクロミラーの反射面の向きを２方向に変化させることができる。そのうちの１方向（ＯＮ方向）は、入射した光を投写レンズ１７０に向かって出射可能な方向であり、ＯＮ方向のマイクロミラーによって反射された光は、光学像を形成し、投写レンズ１７０によってスクリーン１８０に投写される。他の１方向（ＯＦＦ方向）は、投写光学系１０５内に備えられた光吸収体１６０に向かって出射される方向であり、ＯＦＦ方向のマイクロミラーによって反射された光は、投写レンズ１７０から投写されることなく、光吸収体１６０に吸収される。

ミラーデバイス１３０は、赤色光で照明されている期間に、赤色光からなる光学像を形成してこれをスクリーン１８０に投写する。同様に、緑色光及び青色光で照明されている期間には、それぞれ緑色光及び青色光からなる光学像を形成して投写する。これにより、スクリーン１８０には、Ｒ，Ｇ，Ｂの順に各色光からなる光学像が順次投写され、残像現象によりカラーの画像として認識される。

なお、リアプロジェクタ１０１は、マイクロミラーがＯＮ方向となる時間を、画素値に応じたパルス変調（ＰＷＭ）によって制御することで、多階調表示が可能となっている。

ミラーデバイス１３０と投写レンズ１７０との間には、偏光形成部としての偏光変換素子１４０が備えられている。偏光変換素子１４０は、非偏光の光を、特定の偏光方向を有する偏光光に揃える機能を有しており、本実施形態では、偏光変換素子１４０に入射した非偏光の光の大部分を、ｐ偏光光に揃えるようになっている。偏光変換素子１４０によってｐ偏光光に揃えられた光（光学像）は、偏光方向調整器１５０に入射する。

偏光方向調整器１５０は、入射する偏光光の偏光方向を回転する機能を有している。前記第１実施形態と同様、偏光方向調整器１５０は、例えば、一対の透明基板間に液晶が封入された液晶パネルで構成することが可能である。各透明基板の内面には、液晶全体に対して均一の駆動電圧を印加可能な透明電極が形成されており、透明電極に印加する電圧を制御して液晶の配向を変化させることによって、入射する偏光光の偏光方向を０°〜９０°の範囲で変化させて出射することが可能になっている。本実施形態では、偏光光の偏光方向は、透明電極に電圧を印加しない状態で９０°回転し、印加する電圧に応じて偏光方向の回転を０°に近づけることが可能になっている。つまり、偏光方向調整器１５０にｐ偏光光が入射されると、電圧を印加しない状態では、そのほとんどがｓ偏光光として出射され、電圧を印加した状態では、印加電圧に応じて、出射光に含まれるｓ偏光成分は小さくなる。偏光方向調整器１５０から出射した光は、投写レンズ１７０によって、スクリーン１８０に拡大投写される。

スクリーン１８０の背面（投写面）１８０ａの略全面には、偏光板１８１が備えられている。本実施形態の偏光板１８１は、透過軸がｓ偏光光の偏光軸と一致するようにスクリーン１８０の背面１８０ａに貼り付けられており、入射する偏光光のｓ偏光成分のみを透過可能になっている。前述したように、偏光変換素子１４０から出射される光学像は、ｐ偏光光からなっており、偏光方向調整器１５０に電圧を印加しない状態では、偏光方向調整器１５０からｓ偏光光となって出射されるため、投写レンズ１７０から投写される光学像は、偏光板１８１によってほとんど吸収されることなく、スクリーン１８０に至る。一方、偏光方向調整器１５０に電圧を印加した状態では、偏光板１８１を透過してスクリーン１８０に至る光量の割合は、印加する電圧に応じて約０％〜１００％の範囲で可変となる。

図５は、本実施形態におけるリアプロジェクタの概略構成を示すブロック図である。
図５に示すように、リアプロジェクタ１０１は、制御部１９０によってその動作が制御され、制御部１９０には、データ記憶部１９１と、ミラーデバイス駆動部１３５と、偏光方向調整器駆動部１５５とが接続されている。ミラーデバイス駆動部１３５及び偏光方向調整器駆動部１５５は、それぞれ前述したミラーデバイス１３０及び偏光方向調整器１５０を駆動する。また、リアプロジェクタ１０１は、図示しない外部接続端子を備えており、外部の画像供給装置から供給された画像信号を受け取ることができる。

制御部１９０は、外部の画像供給装置から受信した画像信号を、必要に応じて（画像信号がアナログの場合に）ＡＤ変換した後、画像信号をミラーデバイス１３０の各画素（マイクロミラー）に対応させるための解像度変換等の画像処理を行い、１フレーム毎にデジタルの画像データを生成する。画像データは、色（ＲＧＢ）毎に生成され、各画素の階調を表す複数の画素値によって構成されている。データ記憶部１９１は、画像処理の際の一時記憶等に用いられ、少なくとも１フレーム分の画像データを記憶することが可能になっている。

制御部１９０は、１フレーム毎に、生成する３つ（ＲＧＢ）の画像データの中からフレーム内最大画素値（当該フレームにおいて最も光量を要する画素の画素値）を検出し、この画素値に応じた制御信号を偏光方向調整器駆動部１５５に出力する。偏光方向調整器駆動部１５５は、この制御信号に応じて、偏光方向調整器１５０を駆動して、光学像を構成する偏光光の偏光方向を回転する。具体的には、ミラーデバイス１３０の当該画素（当該フレームにおいて最も光量を要する画素）がＯＮ方向となる時間を最大としたときに、当該画素から出射する光のうち偏光板１８１を透過する光量が、当該画素の表示に要する光量となるように偏光方向を回転する。

さらに、制御部１９０は、当該画素の画素値が、ＯＮ方向となる時間を最大とする画素値（最大画素値）となるように、全画素の画素値を比例的に補正し、ミラーデバイス駆動部１３５に供給する。その後、ミラーデバイス駆動部１３５が、補正された画素値に応じてミラーデバイス１３０を駆動することにより、入力された画像信号に応じた画像がスクリーン１８０の前面１８０ｂに表示される。

以上説明したように、本実施形態のリアプロジェクタ１０１によれば、前記第１実施形態と同様、以下の効果を得ることができる。

（１）本実施形態のリアプロジェクタ１０１によれば、偏光方向調整器１５０が偏光光の偏光方向を回転することによって、スクリーン１８０の背面１８０ａに備えられた偏光板１８１を透過する光量を調整することが可能となる。このため、低輝度の画像を表示する際には、偏光板１８１を透過する光量を抑制することによって画面全体を暗くすることが可能となるため、使用可能な階調数の減少を抑制することが可能となる。さらに、偏光方向の回転によって光量の調整を行うため、光源出力の変化に伴う発光色の変化や、絞り機構等の調光部材に起因する輝度ムラや色むらの補正が不要となる。

（２）本実施形態のリアプロジェクタ１０１によれば、偏光板１８１が投写レンズ１７０の出射側に備えられているため、光量の調整に伴う発熱は、投写レンズ１７０の出射側、つまり、高温時に特性が劣化しやすいミラーデバイス１３０や光源１１０を備えた投写光学系１０５の外側で生じることになる。このため、ミラーデバイス１３０や光源１１０に対する熱の影響を抑制することが可能となる。

（３）本実施形態のリアプロジェクタ１０１によれば、偏光板１８１がスクリーン１８０に貼り付けられていることから、光量の調整に伴う発熱を、スクリーン１８０の前面１８０ｂ側に放出することが可能となる。さらに、投写レンズ１７０によって拡大された投写光（光学像）を用いて光量の調整を行うことになるため、大きな面積で放熱することが可能となり、偏光板１８１の放熱効率を高めることが可能となる。

（４）本実施形態のリアプロジェクタ１０１によれば、偏光方向調整器１５０が投写レンズ１７０の入射側に備えられているため、偏光方向調整器１５０は、投写レンズ１７０によって拡大される前の光学像（偏光光）の偏光方向を回転すればよいことになる。このため、偏光方向調整器１５０の大型化、及びこれに伴うコストの上昇を抑制することが可能となる。

（変形例）
なお、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。

・前記実施形態では、フレーム内最大画素値に応じて、偏光方向の回転を行っているが、画素値がとりうる範囲（例えば、０〜２５５）を複数のブロックに区分して、フレーム内最大画素値が含まれるブロックに応じて、偏光方向を決定するようにしてもよい。

・前記実施形態では、フレーム内最大画素値に応じて、偏光方向の回転を行っているが、偏光方向の回転の基準とすべき画素値は、フレーム内最大画素値に限定されない。例えば、フレーム内最大画素値を有する画素数が所定の数を下回る場合には、フレーム内最大画素値よりも小さい画素値を基準にするようにしてもよい。これによれば、ノイズ等の影響により局部的に明るい画素が生じた場合に、当該画素の画素値を基準とするのを避けることが可能となるため、より適正な補正が可能となる。

・前記実施形態では、フレーム内最大画素値に応じて画素値の補正をする際に、比例的に全画素の補正を行っているが、これに限られず、例えば、画素値が小さい（暗い）ほど画素値間の輝度差が大きくなるように補正すれば、低輝度の画像の黒つぶれが低減され、視認性が向上する。

・前記実施形態では、１フレーム毎にフレーム内最大画素値を検出して、このフレーム内最大画素値に応じた補正を行っているが、例えば、後続する複数のフレームにおけるフレーム内最大画素値を予め検出して、フレーム内最大画素値の変化量に応じた補正を行うようにしてもよい。これにより、例えば、表示画像の輝度がフレーム間で急激に変化する場合には、補正量を少しずつ変化させることが可能となり、補正量の急激な変化に起因する不自然な表示を抑制することが可能となる。

・前記実施形態において、偏光板８１，１８１は、それぞれスクリーン８０，１８０の背面（投写面）側に貼り付けられているが、投写レンズ７０，１７０の出射側光路上に備えられていれば、スクリーン８０，１８０に貼り付けられている必要はない。また、偏光板８１，１８１は、スクリーン８０，１８０の前面側に備えられていてもよい。

・前記第１実施形態では、液晶型光変調装置として、透過型の液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂを用いているが、反射型の液晶型光変調装置であるＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）等を用いたリアプロジェクタにも適用可能である。

・前記第１実施形態では、偏光方向調整器６０を投写レンズ７０の入射側に備えているが、投写レンズ７０の出射側に備えるようにしてもよい。

・前記第２実施形態では、偏光形成部としての偏光変換素子１４０を、ミラーデバイス１３０と投写レンズ１７０との間の光路上に備えているが、偏光形成部を備える位置は、前記に限られず、例えば、投写レンズ１７０の出射側や、ミラーデバイス１３０の入射側であってもよい。また、偏光方向調整器１５０を備える位置は、偏光形成部の出射側であればよく、例えば、偏光形成部がミラーデバイス１３０の入射側に備えられる場合には、偏光方向調整器１５０をミラーデバイス１３０の入射側、出射側のどちらに備えてもよい。

・前記第２実施形態では、偏光形成部として偏光変換素子１４０を用いているが、より偏光方向が揃った偏光光を形成するために、偏光変換素子１４０の出力側に偏光板を備えるようにしてもよい。

第１実施形態に係るリアプロジェクタの光学系の概略構成を示す構成図。第１実施形態に係るリアプロジェクタの概略構成を示すブロック図。（ａ），（ｂ）は、偏光方向の回転及び画素値の補正の具体例を説明する説明図。第２実施形態に係るリアプロジェクタの光学系の概略構成を示す構成図。第２実施形態に係るリアプロジェクタの概略構成を示すブロック図。

符号の説明

１…リアプロジェクタ、５…投写光学系、１０…照明光学系、１１…光源、１２…第１のレンズアレイ、１３…第２のレンズアレイ、１４…偏光変換素子、１５…重畳レンズ、２０…色光分離光学系、２１，２３…ダイクロイックミラー、２２…反射ミラー、３０…リレー光学系、３１…入射側レンズ、３２，３４…反射ミラー、３３…リレーレンズ、３５…出射側レンズ、４０Ｒ，４０Ｂ，４０Ｇ…液晶型光変調装置としての液晶ライトバルブ、４１…液晶パネル、４２…入射側偏光板、４３…出射側偏光板、４５Ｒ，４５Ｇ，４５Ｂ…液晶ライトバルブ駆動部、５０…クロスダイクロイックプリズム、６０…偏光方向調整器、６５…偏光方向調整器駆動部、７０…投写レンズ、８０…スクリーン、８１…偏光板、９０…制御部、９１…データ記憶部。

Claims

光源と、前記光源から出射した光を変調して、偏光方向が揃った偏光光からなる光学像を形成する液晶型光変調装置と、前記液晶型光変調装置で形成された光学像を拡大投写する投写レンズとを備えた投写光学系と、
前記投写光学系から投写された光学像を透過させて画像を表示可能なスクリーンと、
前記投写レンズの出射側の光路上に備えられ、所定の偏光方向の偏光光を透過可能な偏光板と、
前記液晶型光変調装置から前記偏光板に至る光路上に備えられ、前記液晶型光変調装置から出射した偏光光の偏光方向を回転可能な偏光方向調整器と、
を有することを特徴とするリアプロジェクタ。
請求項１に記載のリアプロジェクタにおいて、前記偏光板は、前記スクリーンに一体的に備えられていることを特徴とするリアプロジェクタ。
請求項１又は２に記載のリアプロジェクタにおいて、前記偏光方向調整器は、前記投写レンズの入射側の光路に備えられていることを特徴とするリアプロジェクタ。
光源と、前記光源から出射した光を変調して光学像を形成する光変調装置と、前記光変調装置で形成された光学像を拡大投写する投写レンズとを備えた投写光学系と、
前記投写光学系から投写された光学像を透過させて画像を表示可能なスクリーンと、
前記投写レンズの出射側の光路上に備えられ、所定の偏光方向の偏光光を透過可能な偏光板と、
前記光源から前記偏光板に至る光路上に備えられ、入射した光から偏光方向が揃った偏光光を形成して出射する偏光形成部と、
前記偏光形成部から前記偏光板に至る光路上に備えられ、前記偏光形成部で形成された偏光光の偏光方向を回転可能な偏光方向調整器と、
を有することを特徴とするリアプロジェクタ。
請求項４に記載のリアプロジェクタにおいて、前記光変調装置は、入射した光の出射方向を制御することにより前記光源から出射した光を変調するミラーデバイスであることを特徴とするリアプロジェクタ。