JPH04275787A - 液晶ビデオプロジェクタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光源からの光を液晶
パネルを用いて映像信号で光学的に変調し、この液晶パ
ネルを通過した光を投影レンズにより、スクリーン上に
拡大投影する液晶する液晶ビデオプロジェクタ装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１３は従来の液晶ビデオプロジェクタ
装置を示す構成図であり、図において、（１）は白色の
平行光を発する光源、（３）は入射側偏光板、（４）は
液晶パネル、（５）は出射側偏光板、（６）は拡大投影
するための投影レンズである。

【０００３】次に動作について説明する。図１３におい
て、光源（１）より出た光は、入射側偏光板（３）によ
りある偏光面をもつ光に偏光される。この偏光された光
は液晶パネル（４）に照射されて映像信号で光学的な変
調を受けた後、出射側偏光板（５）を通過して投影レン
ズ（６）によりスクリーン（図示せず）上に拡大投影さ
れることになる。

【０００４】上記液晶パネル（４）は図１４に示すよう
に、ガラス板（４ａ），（４ａ）間に液晶（４ｂ）を充
填した構造であり、一方のガラス板（４ａ）に入射側偏
光板（３）、他方のガラス板（４ａ）に出射側偏光板（
５）をそれぞれ近接配設している。この場合、図１４（
ａ）に示すように電界ＯＦＦ状態で液晶分子は９０°ね
じれた相構造を呈しており、入射側偏光板（３）を通過
して偏光波となった光は、９０°回転して出射側偏光板
（５）へと至り、両偏光板（３），（５）の偏光方向が
直交する場合には出射側偏光板（５）を透過する。また
、図１４（ｂ）に示すように、電界ＯＮ状態では液晶分
子が持つ誘電的異方性のために電界方向に揃い垂直の相
構造となり、光は偏光面を回転しないので、出射側偏光
板（５）で遮断される。この時、液晶（４ｂ）に加わる
電界は映像信号により変調され、光源光に対して光学的
変調を行ない、投影レンズ（６）により拡大投影される
ことになる。

【０００５】なお、入出側偏光板（３），（５）はその
偏光方向が平行となる状態で使用される場合もあり、こ
の時には液晶パネル（４）の前後で偏光方向が変化しな
い。一方、上記光源（１）からの光量の分布は均一では
なく、中央部が周辺部に比べて多いと言う傾向にある。 従って、このような光源（１）の光を液晶パネル（４）
で光学変調して拡大投影すると、投影面上に輝度ムラを
生ずる。

【０００６】また、図１５に示すように、レンズ系（１
８）の直径に対して液晶パネル（１７）はある大きさを
もつ為、液晶パネル（１７）の面から均一に光が発せら
れるとしても、レンズ系（１８）によりケラレ（口径食
）を生ずる。従って、レンズ系（１８）を通過出来る光
束の断面積は、液晶パネル（１７）上で、レンズ系（１
８）の光軸から遠ざかる点から発したもの程小さくなる
。このため、スクリーン（１９）上の光量は、像高が大
きくなる程、即ちスクリーン（１９）上でレンズ系（１
８）の光軸から遠ざかる程、少なくなる。

【０００７】図１６は以上の現象を像高ｘと対光軸上光
量比％（周辺光量比）の関係で示した一般的な特性図で
ある。理想的には液晶パネル（１７）の寸法をレンズ系
（１８）の口径に対して十分に小さくすれば、周辺部の
光量低下は殆ど生じないが、実際には設計及び製造上の
制約から、周辺部では数十％の光量低下を生じている。 　　以上のように、光源からの光は周辺部に比べて中央
部で光量が多いこととレンズの口径食による周辺光量の
低下とが相まって、図１７に示すようにレンズの光軸と
光量の中心とが一致する場合を考えると、両者は互いに
光量差を大きくする方向に作用するので、投影面上での
総光量差は拡大する。図１７（ａ）は光源光量差分布図
、図１７（ｂ）は図１７（ａ）のＡ−Ａ′線に沿う総断
面図、図７（ｃ）はレンズによる周辺光量差を示し、図
７（ｄ）は図７（ｂ）と図７（ｃ）の合成による総光量
差を示している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の液晶ビデオプロ
ジェクタ装置は以上のように構成されているので、光源
の光量分布が中央で多く周辺で少ない傾向にあることに
レンズの口径食によって生ずる周辺光量低下が加わって
光の利用効率が低下し、投影面上の中央部と周辺部の光
量差が大きくなり、中央部に比べて周辺部が暗くなり輝
度むらが生ずるという問題点があった。

【０００９】この発明は上記のような問題点を解消する
ことを課題になされたもので、映像を劣下させることな
く、投影面上の中央部と周辺部との光量差を少なくして
輝度ムラのない液晶ビデオプロジェクタ装置を得ること
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
る液晶ビデオプロジェクタ装置は、光源からの光を受け
入れ中央部と周辺部の光量差を反転し、入射光と相補的
な光量差分布の光を得る光量差分布変換手段と、この光
量差分布変換手段で反転された光を映像信号で光学的に
変調して通過させる液晶パネルと、この液晶パネルを通
過した光を拡大投影する投影レンズとを具備したもので
ある。

【００１１】請求項２記載の発明に係る液晶ビデオプロ
ジェクタ装置は、光源からの光を受け入れ中央部と周辺
部の光量差を反転し、入射光と相補的な光量差分布の光
を得る光量差分布変換手段と、この光量差分布変換手段
で反転された光を映像信号で光学的に変調して通過させ
る液晶パネルと、この液晶パネルを通過した光を拡大投
影する投影レンズと、上記映像信号の輝度レベルを光源
と投影レンズの光学的特性に基づいて補正して上記光量
差を補正する輝度レベル補正信号を発生する輝度レベル
補正信号発生回路をさらに具備したものである。

【００１２】

【作用】請求項１記載の発明における光量差分布変換手
段は、光源からの光の光量差分布を中央部と周辺部とで
入れ換えることにより、その中央部と周辺部との光量差
を少なくして、輝度むらの少ない投影画像が得られるよ
うにする。

【００１３】請求項２記載の発明は光量差分布変換手段
で中央部と周辺部の光量差を入れ変えるとともに、輝度
レベル補正信号で映像信号を補正して光源とレンズ系に
より決まる光量差を打消すことにより、投影画像の輝度
ムラを高精度になくなることができる。

【００１４】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１は本実施例における液晶ビデオプロジェクタ
装置の構成図を示すもので、（１）は白色の平行光を発
する光源、（２）は光源（１）からの光の光量差分布を
変える光量差分布変換手段、（３）は入射側偏光板、（
４）は液晶パネル、（５）は出射側偏光板、（６）は拡
大投影する為の投影レンズであり、光量差分布変換手段
（２）以外は前記図１３に示す従来装置と同じであるの
で、同一部分に同一符号を付して重複説明を省略する。

【００１５】図２は前記光量差分布変換手段（２）の構
成図を示すもので、（２ａ）〜（２ｆ）は全反射ミラー
、（２ｇ）は全反射ミラー（２ａ）〜（２ｆ）による二
度の反射損失と等価の損失をもつミラー損失補正用フィ
ルタ、（１５）は光量差分布変換手段（２）に対する入
射光量差分布を表し、（１６）は出射光量差分布を表し
ている。

【００１６】次に上記実施例構成の動作について説明す
る。光源（１）からの光の光路上に光量差分布変換手段
（２）が挿入される以外は、前記図１３に示す従来装置
と同じであるので、重複説明は省略する。

【００１７】前述のように光源（１）からの光量分布は
均一ではなく、中央部が周辺部に比べて多いと言う光量
差を生じている。この光量差分布を中央部と周辺部とで
入れ替えることが光量差分布変換手段（２）の目的であ
る。ここで、光の進行方向に垂直な平面上での光量差分
布を一辺２×ａの正方形の範囲で考えることにする。こ
の正方形の中心が入射光の中心、即ち最大光量点とし、
図２に示すような入射光量差分布（１５）を仮定する。

【００１８】図３は光量差分布変換手段（２）の基本概
念図を示すものであり、図示のごとく入射光量差分布（
１５）を一辺ａの正方形の区画（１５ａ）〜（１５ｄ）
に分割し、各区画（１５ａ）〜（１５ｄ）を平行移動に
より入れ替える。即ち、区画（１５ａ）を基準にした場
合には、区画（１５ｂ），（１５ｃ）は区画（１５ａ）
に対して隣設しない辺方向に平行移動し、区画（１５ｄ
）は区画（１５ａ）にたいして隣設する角の対角方向に
平行移動することになる。これにより入射光量差分布（
１５）は出射光量差分布（１６）のように光量差分布が
入れ替わる。

【００１９】図２では上記基本概念を全反射ミラー（２
ａ）〜（２ｆ）の組合せにより実施しているもので、（
２ａ）と（２ｄ）、（２ｂ）と（２ｅ）、（２ｃ）と（
２ｆ）はそれぞれ平行に配置され、光を反射して光路を
平行移動させる。この時、各組の全反射ミラー間の位置
関係は図４及び図５に示す通りである。この両図４、５
とも全反射ミラーを側面より見たものであり、全反射ミ
ラーの傾き角をθとした時に、

【００２０】

【式１】

【００２１】

【００２２】の位置関係になる。

【００２３】上記の全反射ミラー（２ａ）〜（２ｆ）群
が実際に光量差分布変換手段（２）として作用する様子
を、図３に示す区画（１５ａ）〜（１５ｄ）ごとに示し
たのが図６〜図９である。区画（１５ａ）の光は全反射
ミラー（２ａ）〜（２ｆ）群に作用されず直進し、ミラ
ー損失補正フィルタ（２ｇ）のみを通過する。区画（１
５ｂ）の光は全反射ミラー（２ａ）、続いて全反射ミラ
ー（２ｄ）で反射して区画（１５ａ）の対辺側へ平行移
動する。区画（１５ｃ）の光は全反射ミラー（２ｂ）、
続いて全反射ミラー（２ｅ）で反射して区画（１５ａ）
の対辺側へ平行移動する。区画（１５ｄ）の光は全反射
ミラー（２ｃ）、続いて全反射（２ｆ）で反射して区画
（１５ａ）の対角側へ平行移動する。以上により、この
全反射ミラー（２ａ）〜（２ｆ）群の出射は出射光量差
分布（１６）となる。

【００２４】以上のようにして得た光量差分布の光と、
レンズの口径食による周辺光量の低下とが相まって、図
１０に示すように両者は互いに光量差を縮める方向に作
用する。図１０（ａ）は光量差分布変換手段（２）の出
力分布図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡ−Ａ′線に
沿う断面図、図１０（ｃ）はレンズによる周辺光量差を
示し、図１０（ｄ）は図１０（ｂ）と図１０（ｃ）の合
成による総光量差を示している。この総光量差は前記図
１７（ｄ）に示す従来装置における総光量差に比べて縮
小されており、投影面上での輝度むらを少なくできる。

【００２５】一般に、光源の光量差分布とレンズによる
周辺光量差の両特性が一致することはない。従って、上
記のように光量差分布変換を行なっても投影面上の総光
量差が完全になくなる訳ではない。

【００２６】そこで、請求項２記載の発明は液晶パネル
に表示する映像信号上で補正を行なうもので、図１１は
上記液晶パネル（４）の表示回路の構成図であり、（７
）は映像信号入力端子、（８）は同期信号入力端子、（
９）は光源（１）と投影レンズ（６）により決まる光量
分布を補正するための輝度レベル補正信号発生回路、（
１０）は輝度レベル補正回路、（１１）は同期信号と輝
度レベル補正後の映像信号を受けて液晶パネル駆動用信
号を発生するインターフェース回路、（１２）は信号電
極駆動回路、（１３）は走査電極駆動回路（１４）は液
晶パネルである。上記の構成において、輝度レベル補正
信号発生回路９は、光源（１）とレンズ（６）により決
まる光量差を打消すような輝度レベル補正信号を発生し
、輝度レベル補正回路（１０）において映像信号に対し
て補正を加え、投影面上の輝度むらをなくす。

【００２７】なお、輝度レベル補正信号は、光源（１）
と投影レンズ（６）の特性を別々に調べて結果より予め
求めておく。以下、この輝度レベル補正を図１２につい
て説明する。

【００２８】図１２において、（ａ）を映像信号、（ｂ
）を水平同期信号とする。前述のように光源（１）とレ
ンズ（６）で決まる光量差を打消して投影面の輝度むら
をなくすための輝度レベル補正信号が形状（ｃ）の場合
、補正後の映像信号は映像信号（ａ）のＤＣレベルを輝
度レベル補正信号（ｃ）分持上げた形状（ｄ）となる。 この時、映像信号（ａ）の振幅に対して輝度レベル補正
量が十分に小さければ問題ないが、同図（ｅ）のように
補正量がある程度大きくなると、同図（ｆ）のように映
像信号の飽和が生じてしまう。従って、補正すべき光量
差が小さい程、映像を劣化させずに輝度むらをなくすこ
とができる。

【００２９】図１２では水平周期で説明したが垂直周期
でも同様である。また、上記輝度レベル補正信号は光源
（１）とレンズ（６）の設計段階で一意的に決まるので
、ＲＯＭ等から供給する等の方法が考えられる。

【００３０】なお、本実施例においてはカラー表示につ
いて言及してないが、白色光源光を色分離して複数の白
黒液晶パネルにより各色光ごとに光学変調した後に合成
する方式や、液晶パネルの画素毎にいろフィルタを形成
した単板カラー液晶パネルを使用する場合に対しても同
様の効果を得られる。

【００３１】

【発明の効果】以上のように請求項１記載の発明によれ
ば、光源からの光を光量差分布変換手段に通して光量差
分布を中央部と周辺部とで入れ換えるように構成したの
で、光源とレンズにより決まる投影面上での光量差を縮
小できる。従って、液晶パネルに表示する映像を劣化さ
せることなく、輝度むらを解消出来る効果がある。

【００３２】また、請求項２記載の発明は前記の光量差
分布を中央部と周辺部とで入れ換えることに、光源とレ
ンズにより決まる光量差を打消すような輝度レベル補正
信号で映像信号に補正を加えるように構成したので、投
影面上の輝度むらをなくすことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による液晶ビデオプロジェ
クタ装置の構成図。

【図２】光量差分布変換手段の構成図。

【図３】光量差分布変換手段の基本概念図。

【図４】光量差分布変換手段のミラー位置関係説明図。

【図５】光量差分布変換手段のミラー位置関係説明図。

【図６】光量差分布変換手段の動作説明図。

【図７】光量差分布変換手段の動作説明図。

【図８】光量差分布変換手段の動作説明図。

【図９】光量差分布変換手段の動作説明図。

【図１０】投影面上における光量差説明図。

【図１１】映像信号による輝度レベル補正説明図。

【図１２】液晶パネル表示回路の構成を示すブロック図
。

【図１３】従来の液晶ビデオプロジェクタ装置の構成図
。

【図１４】液晶パネルの構成を示す図。

【図１５】レンズの口径食による周辺光量低下の説明図
。

【図１６】レンズの口径食による周辺光量低下の特性図
。

【図１７】従来例の投影面上光量差説明図。

【符号の説明】

（１）　　光源 （２）　　光量差分布変換手段 （３）　　偏光板 （４）　　液晶パネル （５）　　偏光板 （６）　　投影レンズ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　光源からの光を受け入れ中央部と周辺
   部の光量差を反転し、入射光と相補的な光量差分布の光
   を得る光量差分布変換手段と、この光量差分布変換手段
   で反転された光を映像信号で光学的に変調して通過させ
   る液晶パネルと、この液晶パネルを通過した光を拡大投
   影する投影レンズとを備えた液晶ビデオプロジェクト装
   置。
2. 【請求項２】　　光源からの光を受け入れ中央部と周辺
   部の光量差を反転し、入射光と相補的な光量差分布の光
   を得る光量差分布変換手段と、この光量差分布変換手段
   で反転された光を映像信号で光学的に変調して通過させ
   る液晶パネルと、この液晶パネルを通過した光を拡大投
   影する投影レンズと、前記映像信号を光源と投影レンズ
   の光学的特性に基づいて補正して前記光量差を補正する
   輝度レベル補正信号を発生する輝度レベル補正信号発生
   回路を備えた液晶ビデオプロジェクタ装置。