JP5010218B2 - 液晶プロジェクタおよび画像表示制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、光源からの光を液晶パネルで変調して得られる画像をスクリーン上に投写する液晶プロジェクタに関する。

近年、光源としてＬＥＤ(Light Emitting Diode)などの固体光源を備えたプロジェクタが注目されている。固体光源は、放電ランプに比べ、即時の点灯および消灯が可能で、しかも単色発光が可能である、といった特長を有しており、ＦＳＣ（Field Sequential Color）方式のカラー画像表示システムにマッチしている。ＦＳＣ方式は、人間の眼の積分効果を利用したカラー表示方法であって、１画面を構成する１フレーム期間を複数のフィールド期間に時分割し、フィールド毎に異なった色の画像を表示する方法である。ＦＳＣ方式では、モノクロ単板よりなる空間光変調器を用いてカラー表示を行うことができるので、プロジェクタの構成をコンパクトにすることができる。また、ＬＥＤは駆動が簡単で、１素子当りの消費電力が小さいので、バッテリ駆動方式のプロジェクタに向いている。特許文献１には、ＬＥＤを光源としたプロジェクタが記載されている。

図５に、光源としてＬＥＤを備える液晶プロジェクタの構成を示す。図５を参照すると、液晶プロジェクタは、Ｒ（赤）色光源９１１Ｒ、Ｇ（緑）色光源９１１Ｇ、Ｂ（青）色光源９１１Ｂ、色合成光学系９１２、照明光学系９１３、偏光子９２、液晶パネル９３、検光子９４、投写光学系９６および制御部９８を有する。

Ｒ色光源９１１Ｒ、Ｇ色光源９１１Ｇ、Ｂ色光源９１１Ｂはそれぞれ、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色の光を射出する。Ｒ色光源１１Ｒ、Ｇ色光源１１Ｇ、Ｂ色光源１１Ｂから射出したＲ色光、Ｇ色光、Ｂ色光の各光路は、色合成光学系１２によって１本化されている。色合成光学系９１２を通過した光は、照明光学系９１３および偏光子９２を通して液晶パネル９３を照明する。照明光学系９１３は、光利用効率が高く、液晶パネル９３上における照度分布が均一となるように構成されている。

偏光子９２は、入射光を直線偏光光に変える。液晶パネル９３は、偏光子９２を介して入射した直線偏光光を画素毎に変調して画像を形成する。検光子９４は、液晶パネル９３によって変調された光が入射され、画像を形成する光を通過させる。液晶パネル９３では、所定の偏光方向の光の強さを制御する。検光子９４は、この制御された所定の偏光方向の光をフィルタリングする働きをする。通常、検光子９４として偏光板が用いられる。投写光学系９６は、検光子９４を通過した画像を形成する光を不図示のスクリーンへ拡大投写する。

制御部９８は、映像信号処理部９８１、光源駆動部９８２および液晶パネル駆動部９８４からなる。制御部９８は、映像信号を入力とし、Ｒ色光源９１１Ｒ、Ｇ色光源９１１Ｇ、Ｂ色光源９１１Ｂ、液晶パネル９３をそれぞれ制御する。ＦＳＣ表示方式の場合、Ｒ色光源９１１Ｒ、Ｇ色光源９１１Ｇ、Ｂ色光源９１１Ｂを順次点灯させ、それに同期して液晶パネル９３によって表示する画像をＲ色画像、Ｇ色画像、Ｂ色画像と順次切替える。

映像信号処理部９８１は、入力映像信号を所定のフォーマットに変換したり、各制御の同期をとったりする。光源駆動部９８２は、映像信号処理部９８１からの制御に従って、Ｒ色光源９１１Ｒ、Ｇ色光源９１１Ｇ、Ｂ色光源９１１Ｂを駆動する。液晶パネル駆動部９８４は、映像信号処理部９８１からの制御に従って、液晶パネル９３を駆動する。Ｒ色光源９１１Ｒ、Ｇ色光源９１１Ｇ、Ｂ色光源９１１Ｂとして、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などを用いることができる。
特開２０００−０５６４１０号公報

図５に示した液晶プロジェクタは、光源としてＬＥＤを使用することで、軽量かつ小型の、携帯可能な液晶プロジェクタを実現することができるものの、以下のような問題を有する。

携帯可能な液晶プロジェクタは、ユビキタスツールに適しているが、画像をスクリーン上に投写する構造であるため、パーソナル用途に向いているとはいえない。パーソナル用途では、投写画像による大画面表示だけでは、ときと場所によっては使用が困難な場合があるため、投写画像による大画面表示とは別に、小画面での表示機能を設け、大画面による表示と小画面による表示とを適宜に選択して使用することが望ましい。しかし、図５に示した液晶プロジェクタは、そのような画面選択機能を有していない。

また、投写光学系により画像をスクリーン上に投写する場合、十分な輝度の表示画像を得るには、光源の出力を大きくする必要があるため、どうしても消費電力が大きくなってしまう。消費電力が大きいと、電源としてバッテリを用いた場合に、プロジェクタの稼働時間が短くなってしまう。

本発明の目的は、上記問題を解決し、パーソナル用途に適した液晶プロジェクタを提供することである。

本発明の別の目的は、パーソナル用途に適し、かつ、バッテリ駆動に適した液晶プロジェクタを提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、光源と、前記光源からの光を直線偏光光に変える直線偏光化手段と、前記直線偏光化手段からの直線偏光光で照明され、入射した光の強度を変調する液晶パネルと、前記液晶パネルからの変調光のうち所定の偏光方向の光のみを通過させる検光子と、前記検光子を通過した変調光の偏光方向を制御するための可動半波長板と、前記可動半波長板を通過した変調光を第１の偏光光と該第１の偏光光とは偏光方向が異なる第２の偏光光に分離する偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタで分離された第１の偏光光に基づく画像を投写する投写光学系と、前記光源、直線偏光化手段、液晶パネル、検光子、可動半波長板、偏光ビームスプリッタおよび投写光学系を収容する筐体の一部に設けられ、前記偏光ビームスプリッタで分離された第２の偏光光を前記筐体外に射出するための窓構造と、を有し、前記可動半波長板の回転角度により、前記投写光学系を用いた画像表示を行う表示形態と、前記窓構造を用いた画像表示を行う表示形態と、これら画像表示を同時に行う表示形態とのうちから１つの表示形態を選択的に提供する、液晶プロジェクタが提供される。

本発明の別の態様によれば、光源と、前記光源からの光を直線偏光光に変える直線偏光化手段と、前記直線偏光化手段からの直線偏光光で照明され、入射した光の強度を変調する液晶パネルと、前記液晶パネルからの変調光を第１の偏光光と該第１の偏光光とは偏光方向が異なる第２の偏光光に分離する偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタで分離された第１の偏光光に基づく画像を投写する投写光学系と、前記光源、直線偏光化手段、液晶パネル、偏光ビームスプリッタおよび投写光学系を収容する筐体の一部に設けられ、前記偏光ビームスプリッタで分離された第２の偏光光を前記筐体外に射出するための窓構造と、前記液晶パネルによって形成される、所定の偏光方向の変調光に基づく画像の階調を、反転状態と非反転状態の間で切り替える階調反転制御部と、を有する液晶プロジェクタが提供される。

上記のいずれの発明においても、投写光学系を用いた大画面表示と窓構造を用いた小画面表示とを適宜選択することができる。大画面表示でのプロジェクタの使用が困難な場合は、小画面表示に切り替えることで、プロジェクタの使用が可能となる。

上記別の目的を達成するため、上記の発明のいずれかにおいて、投写光学系を用いた画像表示を行う第１のモードと窓構造を用いた画像表示を行う第２のモードのいずれかのモードを選択可能なスイッチと、前記スイッチにて前記第１のモードが選択された場合は、光源の出力レベルを第１の出力レベルとし、前記スイッチにて前記第２のモードが選択された場合には、光源の出力レベルを前記第１の出力レベルより低い第２の出力レベルとする光源駆動部と、を設けても良い。窓構造を用いた画像表示は、直視画像による表示であるので、この場合の光源の出力レベルは、投写光学系を用いた画像表示を行う場合の光源の出力レベルより低くすることができる。

本発明によれば、投写光学系を用いた大画面表示と窓構造を用いた小画面表示との選択が可能となっているので、パーソナル用途に適したプロジェクタを提供することができる。

また、窓構造を用いた画像表示を行う場合の光源の出力レベルは、投写光学系を用いた画像表示を行う場合の光源の出力レベルより低くなっている。したがって、窓構造を用いた画像表示を使用することで、消費電力を削減することができ、プロジェクタの稼動時間を長くすることができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施形態である液晶プロジェクタの構成を示すブロック図である。図１を参照すると、液晶プロジェクタは、Ｒ（赤）色光源１１Ｒ、Ｇ（緑）色光源１１Ｇ、Ｂ（青）色光源１１Ｂ、色合成光学系１２、照明光学系１３、直線偏光化手段である偏光子２、液晶パネル３、検光子４１、可動半波長板４２、偏光ビームスプリッタ５、投写光学系６、窓構造７および制御部８を有する。

Ｒ色光源１１Ｒ、Ｇ色光源１１Ｇ、Ｂ色光源１１ＢはそれぞれＲ色、Ｇ色、Ｂ色の光を射出する。これらの光源１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂから射出したＲ色、Ｇ色、Ｂ色の光はそれぞれ、色合成光学系１２の異なる面に入射する。色合成光学系１２はクロスダイクロイックプリズムであって、Ｒ色光源１１ＲからのＲ色光を照明光学系１３の方向に反射し、Ｇ色光源１１ＧからのＧ色光を透過する第１の膜と、Ｂ色光源１１ＢからのＢ色光を照明光学系１３の方向に反射し、Ｇ色光源１１ＧからのＧ色光を透過する第２の膜とを備える。第１の膜で反射されたＲ色光と、第２の膜で反射されたＢ色光と、これら第１および第２の膜を透過したＧ色光とは、同一の光路で照明光学系１３に入射する。すなわち、Ｒ色光源１１Ｒ、Ｇ色光源１１Ｇ、Ｂ色光源１１Ｂのそれぞれから射出したＲ色光、Ｇ色光、Ｂ色光の各光路は、色合成光学系１２によって１本化されている。この色合成光学系１２を通過した光は、照明光学系１３および偏光子（直線偏光化手段）２を通して液晶パネル３を照明する。

照明光学系１３は、光利用効率が高く、液晶パネル３上における照度分布が均一となるように構成されている。偏光子（直線偏光化手段）２は、入射光を直線偏光光に変える。液晶パネル３は、入射した直線偏光光を画素毎に変調するものであって、所定の偏光方向の光（Ｐ偏光光またはＳ偏光光）の強さを制御する。液晶パネル３における、Ｐ偏光光の透過強度変化とＳ偏光光の透過強度変化は、互いに逆の関係にある。たとえば、Ｐ偏光光の透過強度を大きくすると、Ｓ偏光光の透過強度は小さくなる。このため、液晶パネル３にて、Ｐ偏光光の強度を制御してＰ偏光のポジティブ画像（以下、ポジ画像と略す）を生成した場合は、Ｓ偏光光により形成される画像はネガティブ画像（以下、ネガ画像と略す）となる。

検光子４１は、液晶パネル３によって変調された光が入射され、画像を形成する光を通過させる。偏光子２は、光源からの無偏光光を直線偏光光に変える働きを有するものであれば、どのようなものであってもよい。例えば、偏光子（直線偏光化手段）２として、偏光板や偏光変換光学系を用いることができる。偏光変換光学系としては、例えば特開２００１−２８１７６０号公報に記載されているような、入射光をＰ偏光およびＳ偏光に分離する偏光ビームスプリッタと、分離したＰ偏光およびＳ偏光の一方の光の偏光方向を９０度回転させる１／２波長板と、分離したＰ偏光およびＳ偏光の他方の光を反射する反射ミラープリズムとから構成されるブロックを複数、一定方向に並べた偏光変換光学系を用いることができる。検光子４１は、液晶パネル３によって制御された所定の偏光方向の光をフィルタリングする働きを有するものであって、例えば偏光板により構成することができる。

可動半波長板４２は、検光子４１を通過した画像を形成する直線偏光光の偏光方向を回転させるものである。偏光ビームスプリッタ５は、可動半波長板４２からの光を、偏光方向が互いに直交する２つの直線偏光（Ｐ偏光およびＳ偏光）の光に分離する。一方の直線偏光（Ｐ偏光）の光は、投写光学系６の方向に進み、他方の直線偏光（Ｓ偏光）の光は、窓構造７の方向に進む。なお、投写光学系６に向かう直線偏光をＳ偏光とし、窓構造７に向かう直線偏光をＰ偏光とすることも可能である。

投写光学系６は、偏光ビームスプリッタ５からの画像を形成するＰ偏光光を不図示のスクリーンへ拡大投写する。スクリーンは、壁などの構造体であってもよく、ここでは、そのような構造体を含めてスクリーンと呼ぶ。窓構造７は、偏光ビームスプリッタ５からの画像を形成するＳ偏光光を通過させる。窓構造７を通過したＳ偏光光を直視することで、液晶パネル３で形成された画像の表示が可能となっている。

制御部８は、映像信号処理部８１、光源駆動部８２および液晶パネル駆動部８４からなる。制御部８は、映像信号を入力とし、Ｒ色光源１１Ｒ、Ｇ色光源１１Ｇ、Ｂ色光源１１Ｂ、液晶パネル３を制御する。ＦＳＣ表示方式の場合、Ｒ色光源１１Ｒ、Ｇ色光源１１Ｇ、Ｂ色光源１１Ｂを順次点灯させ、それに同期して液晶パネル３によって表示される画像をＲ色画像、Ｇ色画像、Ｂ色画像と順次切替える。

映像信号処理部８１は、入力映像信号を所定のフォーマットに変換したり、各制御の同期（光源駆動部８２および液晶パネル駆動部８４による各制御の同期を含む）を合わせたりする。光源駆動部８２は、映像信号処理部８１からの制御に従って、Ｒ色光源１１Ｒ、Ｇ色光源１１Ｇ、Ｂ色光源１１Ｂを駆動する。液晶パネル駆動部８４は、映像信号処理部８１からの制御に従って、液晶パネル３を駆動する。Ｒ色光源１１Ｒ、Ｇ色光源１１Ｇ、Ｂ色光源１１Ｂとして、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などを用いることができる。

次に、本実施形態の液晶プロジェクタの動作について具体的に説明する。以下では、液晶パネル３によって変調された画像を形成する光の偏光方向をＰ偏光とし、液晶パネル３を通過した光のＰ偏光成分により階調が正常なポジ画像が表示され、Ｓ偏光成分により階調が反転したネガ画像が表示されるものとする。なお、液晶パネル３では、Ｒ色画像、Ｇ色画像、Ｂ色画像が順次表示されるが、それぞれの色の画像表示における動作は同じであるので、以下では、Ｒ色画像を表示する場合の動作を中心に説明し、Ｇ色画像およびＢ色画像の表示動作の説明は省略する。

光源駆動部８２によってＲ色光源１１Ｒが駆動される。Ｒ色光源１１Ｒから射出したＲ色光は、色合成光学系１２および照明光学系１３を通過し、偏光子２にて直線偏光光に変換される。偏光子２を通過したＲ色光（直線偏光光）は、液晶パネル３を照明する。このとき、液晶パネル３は、液晶パネル駆動部８４によってＲ色画像を表示するための駆動制御が行われている。

液晶パネル３では、偏光子２から入射したＲ色光（直線偏光光）の強度が制御される。液晶パネル３からの画像を形成する光（Ｐ偏光成分はポジ画像、Ｓ偏光成分はネガ画像）は、検光子４１に入射する。検光子４１では、液晶パネル３から入射した光のうちのポジ画像を示すＰ偏光のみが通過する。

検光子４１を通過したＲ色光（Ｐ偏光のポジ画像）は、可動半波長板４２に入射する。可動半波長板４２では、入射直線偏光光の偏光方向を回転させる働きをする半波長板の進相軸（ｆａｓｔ ａｘｉｓ）と入射光の偏光方向（Ｐ偏光）との成す角によって、透過した光の偏光方向が決まる。投写光学系６によりスクリーン上に画像を投写する場合は、透過光の偏光方向がＰ偏光となるように半波長板の進相軸が設定され、窓構造７により直視画像を提供する場合は、透過光の偏光方向がＳ偏光となるように半波長板の進相軸が設定される。投写光学系６および窓構造７の双方による表示画像を提供する場合は、透過光の偏光方向がＰ偏光およびＳ偏光を含むように、半波長板の進相軸が設定される。

可動半波長板４２を通過した光（Ｐ偏光またはＳ偏光もしくはＰ・Ｓ偏光）は、偏光ビームスプリッタ５に入射する。偏光ビームスプリッタ５では、Ｐ偏光光は透過し、Ｓ偏光光は窓構造７の方向に反射される。偏光ビームスプリッタ５を透過したＰ偏光光（ポジ画像）は、投写光学系６によってスクリーン上に投写される。偏光ビームスプリッタ５にて反射されたＳ偏光光（ポジ画像）は、窓構造７を通過する。

本実施形態では、可動半波長板４２における半波長板の進相軸を制御することで、投写光学系６を用いた拡大投写画像による表示と、窓構造７を用いた直視画像による表示とを自由に切り替えることができる。

図２は、図１に示した液晶プロジェクタの一部を示す透視図である。液晶プロジェクタの筐体１は、図１に示した各部を収容するものであって、図２には、可動半波長板４２、偏光ビームスプリッタ５、投写光学系６および窓構造７が示されている。

窓構造７は、筐体１の所定の位置（偏光ビームスプリッタ５からのＳ偏光光を取り出すことが可能な位置）に設けられている。偏光ビームスプリッタ５で分離されたＳ偏光光は、窓構造７を通過する。この窓構造７を通過したＳ偏光光を直視することで、液晶パネル３にて形成された画像を見ることができる。

可動半波長板４２は、円盤形状の半波長板であって、一部が検光子４１を通過した光の光路中に挿入されるように配置されている。可動半波長板４２は、その中心部にて、不図示の軸によって回動可能に支持されている。可動半波長板４２の外周部の一部は筐体１外に露出しており、この露出した部分を利用して可動半波長板４２を任意の方向に回転させることができる。可動半波長板４２は周方向において、入射光の偏光方向と進相軸とのなす角度が段階的に変化するように構成されている。可動半波長板４２を回転させると、検光子４１を通過した光の入射する位置がその回転に応じて変化し、入射光の偏光方向と進相軸とのなす角度が変化する。

図２に示した構成によれば、可動半波長板４２の回転角度を変えることによって、投写光学系６を通して表示される画像と、窓構造７を通して表示される画像との明るさの割合を調整することができる。可動半波長板４２を透過した光の偏光方向がＰ偏光のみとなるように角度調整を行った場合は、投写光学系６を通した画像表示のみが提供される。可動半波長板４２を透過した光の偏光方向がＳ偏光のみとなるように角度調整を行った場合は、窓構造７を通した画像表示のみが提供される。可動半波長板４２を透過した光の偏光方向がＰ偏光およびＳ偏光を含むように角度調整を行った場合は、投写光学系６を通した画像表示と窓構造７を通した画像表示を同時に提供することができる。

なお、可動半波長板４２を支持する軸にモーターを取り付けて、モーターにより可動半波長板４２を回転させることも可能である。この場合、入力部にてモーターのオンオフを指示し、その指示に応じて制御部がモーターの駆動を制御するように構成してもよい。

半波長板の進相軸の角度を変えられる機能を有する可動半波長板としては、図２に示した構成の他に、例えば特開平７−２８０２２号公報に記載されているような、進相軸を切替え制御可能な半波長板として作用する強誘電性液晶を用いた液晶デバイスがある。

以上説明した本実施形態の液晶プロジェクタによれば、使用者は、可動半波長板の進相軸の角度を調整することにより、投写光学系６を用いた拡大投写画像（ポジ画像）による表示（大画面表示）と、窓構造７を用いた直視画像（ポジ画像）による表示（小画面表示）とを自由に切り替えることができる。大画面表示でのプロジェクタの使用が困難な場合は、小画面表示に切り替えることで、プロジェクタの使用が可能となる。このように、投写光学系を用いた大画面表示と窓構造を用いた小画面表示との選択を可能としたことで、パーソナル用途に適したプロジェクタを提供することができる。

［第２の実施の形態］
図３は、本発明の第２の実施形態である液晶プロジェクタの構成を示すブロック図である。この液晶プロジェクタは、図１に示した構成において、検光子４１および可動半波長板４２を削除し、制御部８に階調反転制御部８３を追加したものであり、これ以外の構成は、第１の実施形態のものと基本的に同じである。図３中、図１に示した構成と同じものについては同じ符号を付している。説明の重複を避けるため、以下では、第１の実施形態と異なる構成および動作を中心に説明する。

液晶パネル３は、偏光子２から入射した直線偏光光を画素毎に変調して、画像光を形成する。このときの液晶パネル３は、液晶パネル駆動部８４によって駆動されているが、その変調動作は、階調反転制御部８３によって制御される。この階調反転制御部８３による制御には、Ｐ偏光光をポジ画像とするように変調する第１の制御と、Ｓ偏光光をポジ画像とするように変調する第２の制御とがある。拡大投写画像による表示を行う場合は、第１の制御が行われ、直視画像による表示を行う場合は、第２の制御が行われる。

階調反転制御部８３における第１および第２の制御の切替は、不図示の処理部からの制御信号によって指示される。処理部は、拡大投写画像による表示を行う第１の表示モードと、直視画像による表示を行う第２の表示モードとの選択が可能なモードスイッチと、このモードスイッチでのモード選択に応じて、階調反転制御部８３における第１および第２の制御の切替を指示するＣＰＵとを有する。ＣＰＵからの指示が制御信号として階調反転制御部８３に供給されている。

Ｐ偏光光をポジ画像とした場合は、偏光ビームスプリッタ５および投写光学系６を通してＰ偏光のポジ画像がスクリーン上に表示され、偏光ビームスプリッタ５および窓構造７を通してＳ偏光のネガ画像が提供される。他方、Ｓ偏光光をポジ画像とした場合は、偏光ビームスプリッタ５および投写光学系６を通してＰ偏光のネガ画像が表示され、偏光ビームスプリッタ５および窓構造７を通してＳ偏光のポジ画像が提供される。

一般に、液晶プロジェクタにおいて、階調表示に関わる処理としてデガンマおよびＶ−Ｔ（電圧−透過率）特性補正が行われる。デガンマは、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）の特性に合わせて階調がリニアに表示されるように映像信号に加えられた処理を、入力映像信号から取り除く処理である。Ｖ−Ｔ特性補正は、液晶パネルの特性に合わせて階調がリニアに表示されるように、映像信号に処理を加える処理である。

映像信号処理部８１は、入力映像信号に対してデガンマの処理を行うデガンマ処理部を有しており、このデガンマ処理部でデガンマの処理が施され映像信号が階調反転制御部８３に供給されている。液晶パネル駆動部８４は、映像信号にＶ−Ｔ特性補正を施すＶ−Ｔ特性補正処理部を有している。階調反転制御部８３は、液晶パネル駆動部８４内のＶ−Ｔ特性補正処理部へ階調反転・非反転制御された映像信号を供給する。

ここで、階調反転制御部８３の入力信号が１０ビットのデジタル信号であり、そのレベルが、最も暗い階調を示す「０」から最も明るい階調を示す「１０２３」の範囲で与えられる場合について考える。階調反転制御部８３は、第１の制御を行う場合は、入力信号をそのまま出力し、第２の制御を行う場合は、入力信号を「２」の補数にして出力する。この場合、第１の制御では、階調は正常に表示され、第２の制御では、階調が反転されて表示される。このようにして、液晶パネル３にて形成されるＰ偏光成分の画像光の階調を、通常状態（ノーマル状態）と反転状態の間で切り替えることができる。つまり、Ｐ偏光成分の画像について、ポジ画像とネガ画像の間での切替が可能である。

なお、デガンマ処理およびＶ−Ｔ特性補正処理をまとめて一つの処理ブロックとして映像信号処理部８１内に設け、階調反転制御部８３が、変換テーブルを用いた階調反転制御により非線形な補正を行うようにしてもよい。

以上説明した本実施形態の液晶プロジェクタにおいても、使用者は、第１および第２のモードの選択を行うことにより、投写光学系６を用いた拡大投写画像（ポジ画像）による表示と、窓構造７を用いた直視画像（ポジ画像）による表示とを自由に切り替えることができる。

なお、投写光学系６を用いた拡大投写画像（ポジ画像）による表示を行った場合は、同時に、窓構造７を用いた直視画像（ネガ画像）が表示されることになる。反対に、窓構造７を用いた直視画像（ポジ画像）による表示を行った場合は、同時に、投写光学系６を用いた拡大投写画像（ネガ画像）が表示される。ネガ画像は不快に感じることが多いが、階調が反転しても差し支えない場合、例えば、白色背景の黒色文字といった画像の場合には、そのような不快感は軽減される。

［第３の実施の形態］
図４は、本発明の第３の実施形態である液晶プロジェクタの構成を示すブロック図である。この液晶プロジェクタは、図３に示した構成において、液晶パネル３と偏光ビームスプリッタ５の間に可動検光子４３を設けたものであり、これ以外の構成は、第２の実施形態のものと基本的に同じである。図３中、図３に示した構成と同じものについては同じ符号を付している。説明の重複を避けるため、以下では、第２の実施形態と異なる構成および動作を中心に説明する。

可動検光子４３は、透過軸の角度の調整が可能な偏光板であって、例えば、回転可能に支持された偏光板より構成される。この他、可動検光子４３は、検光子付きのＴＮ液晶デバイスである、いわゆる液晶シャッターによっても構成することができる。

液晶パネル３は、偏光子２から入射した直線偏光光を画素毎に変調して、画像光を形成する。このときの液晶パネル３は、液晶パネル駆動部８４によって駆動されているが、その変調動作は、階調反転制御部８３によって制御される。この階調反転制御部８３による制御は、第２の実施形態で説明したとおりである。

Ｐ偏光をポジ画像とする場合は、Ｐ偏光が透過するように可動検光子４３の透過軸の角度を合わせる。この場合は、偏光ビームスプリッタ５および投写光学系６を通してＰ偏光のポジ画像がスクリーン上に表示される。

一方、Ｓ偏光をポジ画像とする場合は、Ｓ偏光が透過するように可動検光子４３の透過軸の角度を合わせる。この場合は、偏光ビームスプリッタ５および窓構造７を通してＳ偏光のポジ画像が提供される。

以上説明した本実施形態の液晶プロジェクタにおいても、使用者は、第１および第２のモードの選択を行うことにより、投写光学系６を用いた拡大投写画像（ポジ画像）による表示と、窓構造７を用いた直視画像（ポジ画像）による表示とを自由に切り替えることができる。

本実施形態では、ポジ画像を表示するＰ偏光もしくはＳ偏光のどちらか一方の直線偏光のみが可動検光子４３を通過するように構成されているので、投写光学系６を用いた拡大投写画像（ポジ画像）による表示を行った際に、窓構造７を用いた直視画像（ネガ画像）が同時に表示され、窓構造７を用いた直視画像（ポジ画像）による表示を行った際に、投写光学系６を用いた拡大投写画像（ネガ画像）が同時に表示される、といったことは生じない。このように、投写画像（ポジ画像）を見る場合に、窓構造からのネガ画像を消すことができ、直視画像（ポジ画像）を見る場合に、投写光学系からネガ画像を消すことができる。

［他の実施形態］
上述した第１から第３の実施形態の液晶プロジェクタにおいて、投写光学系６を用いた拡大投写画像（ポジ画像）による表示を行う場合は、スクリーン上に投写された画像を見ることになる（スクリーンからの反射光を見ることになる）ので、投写画像の輝度がある程度高くなるように、Ｒ色光源９１１Ｒ、Ｇ色光源９１１ＧおよびＢ色光源９１１Ｂの出力を大きくする必要がある。これに対して、窓構造７を用いた直視画像（ポジ画像）による表示を行う場合は、偏光ビームスプリッタからの画像光を直視することになるので、投写画像のような高い輝度は要求されない。したがって、この場合は、Ｒ色光源９１１Ｒ、Ｇ色光源９１１ＧおよびＢ色光源９１１Ｂの出力を低く抑えることが可能である。

本他の実施形態の液晶プロジェクタは、第１から第３の実施形態の液晶プロジェクタのいずれかの構成を備え、光源駆動部８２が、表示形態に応じて、Ｒ色光源９１１Ｒ、Ｇ色光源９１１ＧおよびＢ色光源９１１Ｂの出力制御を行うように構成されている。具体的には、光源駆動部８２は、投写光学系６を用いた拡大投写画像（ポジ画像）による表示を行う場合は、Ｒ色光源９１１Ｒ、Ｇ色光源９１１ＧおよびＢ色光源９１１Ｂの出力が第１の出力レベルとなるように制御し、窓構造７を用いた直視画像（ポジ画像）による表示を行う場合は、Ｒ色光源９１１Ｒ、Ｇ色光源９１１ＧおよびＢ色光源９１１Ｂの出力が、第１の出力レベルより低い第２のレベルとなるように制御する。

光源駆動部８２による光源出力レベルの制御は、例えば、処理部からの制御信号によって指示したがって行われる。処理部は、投写光学系６を用いた拡大投写画像（ポジ画像）による表示を行う第１の表示モードと、直視画像による表示を行う第２の表示モードとの選択が可能なモードスイッチと、このモードスイッチでのモード選択に応じて、第１の出力レベルと第２の出力レベルの間のレベル切替を指示するＣＰＵとを有する。ＣＰＵからの指示が制御信号として光源駆動部８２に供給される。光源駆動部８２は、ＣＰＵからの制御信号に従って、光源の出力レベルの制御を行う。

以上説明した本他の実施形態の液晶プロジェクタによれば、直視画像による表示を行う第２の表示モードを選択した場合に、光源の出力レベルを低くすることができるので、消費電力を低く抑えることができる。したがって、バッテリ駆動の液晶プロジェクタに適用した場合に、既存のものに比べて、プロジェクタの稼働時間を長くすることができる。

また、光源の出力レベルの切替を可能にしたことで、投写画像を見る場合は明るくなるよう動作させ、直視画像を見る場合はまぶしくなく、消費電力を抑えるよう動作させることができる。

上述した各実施形態の液晶プロジェクタは、本発明の一例であり、構成および動作は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更することができる。

具体的には、窓構造は、透過型スクリーンと、液晶パネルからの光を透過型スクリーンに結像させる結像光学系と、を有してもよい。この場合は、鮮明な直視画像を表示することができる。

また、窓構造は、液晶パネルによって形成された画像の虚像を形成する接眼光学系を有してもよい。この場合は、拡大された直視画像を見ることができる。

さらに、窓構造は、該窓構造を通過する光を遮蔽するための遮光部を有してもよい。この場合は、投写画像を見たい場合に、窓構造からの不要な光を隠すことができる。

さらに、窓構造は、透過軸の角度の制御が可能な可動偏光板を有してもよい。この場合は、投写画像を見たい場合に、窓構造からの不要な光を隠すことができる。例えば、図３に示したような構成において、窓構造７に到達する光がＳ偏光のネガ画像である場合に、窓構造７に具備した可動偏光板の透過軸の角度を変えることによって、Ｓ偏光光を窓構造７を通過させないようにできる。また、窓構造からの画像の明るさを調整することもできる。例えば、図３に示したような構成において、投写光学系６による画像表示を行うと同時に、窓構造７を用いた画像表示（直視画像）を行う場合は、投写画像における輝度を高くするために光源の出力を高くなるように調整すると、直視画像の輝度が高くなり過ぎてしまう。このような場合に、窓構造７に具備した可動偏光板の透過軸の角度を変えることによって、直視画像の明るさを調整することができる。

制御部が、液晶パネルにおける描画方向を変換するような構成としてもよい。この場合は、投写光学系を通して画像を見る場合と窓構造を通して画像を見る場合とで表示画像の向きを適切に切り替えることができる。特に、窓構造を用いた画像表示においては、プロジェクタと使用者との位置関係によって、表示画像の上下が逆さまになる場合があるが、描画方向の変換制御により、表示画像向きを適切な向きにすることができる。

窓構造は、液晶パネルで形成された画像をスクリーン上に投写する投写光学系を有してもよい。この場合、窓構造で得られる投写画像により小画面表示がなされるようにする。

また、各実施形態で説明した構成では、液晶パネルは１つであったが、複数の液晶パネルを有してもよい。具体的には、図１に示した構成において、Ｒ色光源からのＲ色光で照明される液晶パネルと、Ｇ色光源からのＧ色光で照明される液晶パネルと、Ｂ色光源からのＢ色光で照明される液晶パネルとの３つを備える。液晶パネル毎に、照明光学系や偏光子などの光学部材を設ける。各液晶パネルからの変調光を合成する色合成光学系を備え、この色合成光学系からの変調光の進行方向に、検光子、可動半波長板、偏光ビームスプリッタなどの光学部材を設ける。

また、各実施形態では、ＦＳＣ表示方式のプロジェクタについて説明したが、本発明は、他のカラー表示方式のプロジェクタや、モノクロ表示のプロジェクタにも適用することができる。

さらに、各実施形態では、光源としてＬＥＤを使用しているが、放電ランプなど他の光源を使用してもよい。

さらに、各実施形態では、偏光ビームスプリッタを使用しているが、これに代えてハーフミラーやビームスプリッタなどのビーム分離手段を使用してもよい。この場合は、液晶パネルからの変調光のＰ偏光またはＳ偏光を選択するために、ビーム分離手段の前段または後段に偏光板などの光学部材を適宜に設ける必要がある。

本発明の第１の実施形態である液晶プロジェクタの構成を示すブロック図である。 図１に示す液晶プロジェクタの一部を示す透視図である。 本発明の第２の実施形態である液晶プロジェクタの構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態である液晶プロジェクタの構成を示すブロック図である。 光源としてＬＥＤを備える液晶プロジェクタの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１１Ｒ Ｒ色光源
１１Ｇ Ｇ色光源
１１Ｂ Ｂ色光源
１２ 色合成光学系
１３ 照明光学系
２ 偏光子
３ 液晶パネル
５ 偏光ビームスプリッタ
６ 投写光学系
７ 窓構造
８ 制御部
４１ 検光子
４２ 可動半波長板
４３ 可動検光子
８１ 映像信号処理部
８２ 光源駆動部
８３ 階調反転制御部
８４ 液晶パネル駆動部

Claims (14)

1. 光源と、
   前記光源からの光を直線偏光光に変える直線偏光化手段と、
   前記直線偏光化手段からの直線偏光光で照明され、入射した光の強度を変調する液晶パネルと、
   前記液晶パネルからの変調光のうち所定の偏光方向の光のみを通過させる検光子と、
   前記検光子を通過した変調光の偏光方向を制御するための可動半波長板と、
   前記可動半波長板を通過した変調光を第１の偏光光と該第１の偏光光とは偏光方向が異なる第２の偏光光に分離する偏光ビームスプリッタと、
   前記偏光ビームスプリッタで分離された第１の偏光光に基づく画像を投写する投写光学系と、
   前記光源、直線偏光化手段、液晶パネル、検光子、可動半波長板、偏光ビームスプリッタおよび投写光学系を収容する筐体の一部に設けられ、前記偏光ビームスプリッタで分離された第２の偏光光を前記筐体外に射出するための窓構造と、を有し、
   前記可動半波長板の回転角度により、前記投写光学系を用いた画像表示を行う表示形態と、前記窓構造を用いた画像表示を行う表示形態と、これら画像表示を同時に行う表示形態とのうちから１つの表示形態を選択的に提供する、液晶プロジェクタ。
2. 前記投写光学系を用いた画像表示を行う表示形態、前記窓構造を用いた画像表示を行う表示形態、およびこれら画像表示を同時に行う表示形態のそれぞれに応じて、前記光源の出力制御を行う光源駆動部を、さらに有する、請求項１に記載の液晶プロジェクタ。
3. 前記投写光学系を用いた画像表示を行う第１のモードと前記窓構造を用いた画像表示を行う第２のモードのいずれかのモードを選択可能なスイッチを、さらに有し、
   前記光源駆動部は、前記スイッチにて前記第１のモードが選択された場合は、前記光源の出力レベルを第１の出力レベルとし、前記スイッチにて前記第２のモードが選択された場合には、前記光源の出力レベルを前記第１の出力レベルより低い第２の出力レベルとする、請求項２に記載の液晶プロジェクタ。
4. 光源と、
   前記光源からの光を直線偏光光に変える直線偏光化手段と、
   前記直線偏光化手段からの直線偏光光で照明され、入射した光の強度を変調する液晶パネルと、
   前記液晶パネルからの変調光を第１の偏光光と該第１の偏光光とは偏光方向が異なる第２の偏光光に分離する偏光ビームスプリッタと、
   前記偏光ビームスプリッタで分離された第１の偏光光に基づく画像を投写する投写光学系と、
   前記光源、直線偏光化手段、液晶パネル、偏光ビームスプリッタおよび投写光学系を収容する筐体の一部に設けられ、前記偏光ビームスプリッタで分離された第２の偏光光を前記筐体外に射出するための窓構造と、
   前記液晶パネルによって形成される、所定の偏光方向の変調光に基づく画像の階調を、反転状態と非反転状態の間で切り替える階調反転制御部と、を有する液晶プロジェクタ。
5. 前記液晶パネルと前記偏光ビームスプリッタとの間に設けられ、前記偏光ビームスプリッタに入射する変調光の偏光方向を、前記第１の偏光光の偏光方向と前記第２の偏光光の偏光方向の間で選択可能な可動検光子を、さらに有する、請求項４に記載の液晶プロジェクタ。
6. 前記投写光学系を用いた画像表示を行う第１のモードと前記窓構造を用いた画像表示を行う第２のモードのいずれかのモードを選択可能なスイッチと、
   前記スイッチにて前記第１のモードが選択された場合は、前記光源の出力レベルを第１の出力レベルとし、前記スイッチにて前記第２のモードが選択された場合には、前記光源の出力レベルを前記第１の出力レベルより低い第２の出力レベルとする光源駆動部と、をさらに有する、請求項４または５に記載の液晶プロジェクタ。
7. 前記窓構造は、
   透過型スクリーンと、
   前記液晶パネルからの変調光を前記透過型スクリーンに結像させる結像光学系と、を有する、請求項１から６のいずれか１項に記載の液晶プロジェクタ。
8. 前記窓構造は、前記液晶パネルによって形成された画像の虚像を形成する接眼光学系を有する、請求項１から６のいずれか１項に記載の液晶プロジェクタ。
9. 前記窓構造は、当該窓構造を通過する光を遮蔽するための遮光部を有する、請求項１から６のいずれか１項に記載の液晶プロジェクタ。
10. 前記窓構造は、透過軸の角度の制御が可能な可動偏光板を有する請求項１から６のいずれか１項に記載の液晶プロジェクタ。
11. 入射した光の強度を変調する液晶パネルを有する液晶プロジェクタにおいて行われる画像表示制御方法であって、
    直線偏光化手段により光源からの光を直線偏光光に変換し、該直線偏光光で前記液晶パネルを照明するステップと、
    前記液晶パネルからの変調光を検光子に入射させ、該検光子を通過した所定の偏光方向の変調光の偏光方向を可動半波長板により制御するステップと、
    偏光ビームスプリッタにより前記可動半波長板を通過した変調光を第１の偏光光と該第１の偏光光とは偏光方向が異なる第２の偏光光に分離するステップと、
    前記偏光ビームスプリッタで分離された第１の偏光光に基づく画像を投写光学系により投写するステップと、
    前記偏光ビームスプリッタで分離された第２の偏光光を、前記液晶プロジェクタの筐体の一部に設けられた窓構造を通じて外部に射出するステップと、
    前記可動半波長板の回転角度により、前記投写光学系を用いた画像表示を行う表示形態と、前記窓構造を用いた画像表示を行う表示形態と、これら画像表示を同時に行う表示形態とのうちから１つの表示形態を選択的に提供するステップと、を含む画像表示制御方法。
12. 入射した光の強度を変調する液晶パネルを有する液晶プロジェクタにおいて行われる画像表示制御方法であって、
    直線偏光化手段により光源からの光を直線偏光光に変換し、該直線偏光光で前記液晶パネルを照明するステップと、
    偏光ビームスプリッタにより前記液晶パネルからの変調光を第１の偏光光と該第１の偏光光とは偏光方向が異なる第２の偏光光に分離するステップと、
    前記偏光ビームスプリッタで分離された第１の偏光光に基づく画像を投写光学系により投写するステップと、
    前記偏光ビームスプリッタで分離された第２の偏光光を、前記液晶プロジェクタの筐体の一部に設けられた窓構造を通じて外部に射出するステップと、
    前記液晶パネルによって形成される、所定の偏光方向の変調光に基づく画像の階調を、反転状態と非反転状態の間で切り替えるステップと、を含む画像表示制御方法。
13. 前記液晶パネルと前記偏光ビームスプリッタとの間に設けた可動検光子により、前記偏光ビームスプリッタに入射する変調光の偏光方向を、前記第１の偏光光の偏光方向と前記第２の偏光光の偏光方向の間で選択的に切り替えるステップを、さらに含む、請求項１２に記載の画像表示制御方法。
14. 前記投写光学系を用いた画像表示を行う第１のモードが選択された場合は、前記光源の出力レベルを第１の出力レベルとし、前記窓構造を用いた画像表示を行う第２のモードが選択された場合には、前記光源の出力レベルを前記第１の出力レベルより低い第２の出力レベルとするステップを、さらに含む、請求項１２または１３に記載の画像表示制御方法。

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