JPH0438083A

JPH0438083A - 液晶ビデオプロジェクタ

Info

Publication number: JPH0438083A
Application number: JP2145616A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Ishitani; 石谷　普朗
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-06-04
Filing date: 1990-06-04
Publication date: 1992-02-07

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】〔産業上の利用分野〕この発明はマトリクス型液晶を組合わせ、映像を光学的
に重畳して投影する液晶ビデオプロジェクタに関するも
のである。

〔従来の技術〕

第５図は従来のカラー液晶ビデオプロジェクタを示す図
である。開開において１は白色の平行光を発する光源、
２は第１のダイクロイックミラ３は第２のダイクロイッ
クミラー　４は第１の全反射ミラー　５，６．７は各々
赤、青、緑色の光を変調するマトリクス型液晶バ♀ル、
８は第２の全反射ミラー　９は第３のダイクロイックミ
ラ１０は第４のダイクロイックミラー　１１は光学的に
重畳された像を離れたスクリーン上に拡大投影する投写
レンズである。

ここで、第１．第２．第３のマトリクス液晶パネル５．
６．７は例えば電界効果型薄膜トランジスタ（ＴＰＴ）
を使用したアクティブマトリクス液晶パネルであり、各
々映像信号成分のＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）で駆動
されている。

光源１より発せられる白色光は第１のダイクロイックミ
ラー２により白色光の内赤色スペクトル光は反射し、青
色と緑色のスペクトル光は透過する。反射した赤色光は
第１のマトリクス液晶５により映像信号の赤成分で変調
される。

第１のダイクロイックミラー５を透過した青色と緑色の
光は、第２のダイクロイックミラー３で青色光は反射し
、緑色光は透過する。反射した青色光は第２のマトリク
ス液晶パネル６により青（Ｂ）映像信号で変調される。

透過した緑色光は全反射ミラー４で直角に反射され、第
３のマトリクス液晶パネル７により緑（Ｇ）映像信号で
変調される。

第１のマトリクス液晶パネル５の赤色光出力は第２の全
反射ミラー８で直角に反射される。この赤色光出力と第
２のマトリクス液晶６の青色光出力は第３のダイクロイ
ンクミラー９に導かれる。

このミラー９は青色光を反射し、赤色光を透過させるも
ので、結果として赤と青色光の合成光出力を得ることが
できる。この合成光出力と第３のマトリクス液晶パネル
７の緑色光出力は、第４のダイクロイックミラー１０に
導かれ、赤・青光は透過し、縁先は反射され、赤・青・
緑色の合成光出力が得られる。この合成出力は投写レン
ズ１１により拡大投影され、スクリーン（図中省略）に
カラー映像を映し出す。

第５図では、カラーを表現するため若干複雑な構成とな
っているが、究極的には液晶パネルを用いたプロジェク
タの基本原理は第６図のように要約される。

同図において、１は光源、１２は液晶パネル、１１は投
写レンズである。すなわち、光源１から出た平行光は、
液晶パネル１２により表示画像に応じた光学変調を受け
、投写レンズ１１によりスクリーンに拡大投映される。

また、前記液晶パネル１２で光学変調される理由を第７
図を用いて説明する。第７図は液晶パネル１２の１画素
の概略構成図であり、液晶１５は各画素電極の付いたガ
ラス基板１４に挟まれ、更に互いに９０°傾いた一対の
偏光板１３に挟まれている。液晶１５には表示する画像
に応して各画素に、電極を通して電界が印加される。図
の、左側（ａｔが電界がかかっていない時の、右側中）
が電界がかかっている時の液晶の状態を示している。同
図に示すように、現在量もよく用いられているＴＮ（ツ
イステンドネマティソク）モードでは液晶層で、電界が
オフの時、偏光面を回転させ（同図（ａ）では９０°）
、オンの時はこの能力が消失する性質を利用している。

すなわち、この液晶層を偏光板で挟むことにより　（同
図（ｂ）では両側の偏光板の偏光方向を９０°とし、か
つ液晶層の両端において液晶分子の長軸方向と一致させ
るように配置）、電界オフの時は入射光が透過し、電界
オンの時は透過光をカットすることになる。したがって
、各画素に印加する電界を画像により変化させれば、光
学的に変調できることとなる。

白色光は３６０°に偏光角が均等に分散しているので、
偏光板１３により偏光角９０°の光のみを主に取り出し
ている。即ち減算法で変調を行っている。

上記の例では、いずれも液晶パネル１２の偏光板１３０
所で光の利用率が５０％に半減することになり、輝度が
高くならないという問題がある。

この問題を解決したのが第８図である。

図において、ｌは平行光を発する光源、２３は光源から
の光をＳ偏光とＰ偏光に分ける偏光ビムスブリソタ、４
．８は全反射ミラー、１２ａ１２ｂは液晶パネルであり
、これらは第１の光学変調系と第２の光学変調系に相当
する。２４は前記第１の変調系及び第２の変調系からの
出射光を合成する偏光ビームスブリ、７り、１１は拡大
投映する投写レンズである。

第８図において、光：ａ１％より出た光は、偏光ビームスプリンタ２３に
より、偏光面が直交す、る２つの偏光波（Ｓ偏光、Ｐ偏
光）に分けられる。（偏光ビームスプリッタ２３は入射
光の中のＳ偏光を透過させ、Ｐ偏光を反射させる性質が
あり、基本的にはここでの損失は殆ど無い）。偏光ビー
ムスプリッタ２３から出たＳ偏光波は全反射ミラー４で
反射され、液晶パネル１２ｂにＳ偏光波として入射する
。

方、偏光ビームスプリンタ２３から出たＰ偏光波は、全
反射ミラー８で全反射され、液晶パネル１２ａにＰ偏光
波として入射する。

液晶パネル１２ａ、１２ｂの入射側の偏光板の偏光方向
は、それぞれ上記Ｓ偏光及びＰ偏光の各偏光方向台わせ
られている。従って、第５図で発生したような偏光板で
の損失は殆ど生じない。また、液晶パネルの構造は第５
図のものを仮定しているため、出射側の偏光板は入射側
に対し直交している。従って、液晶パネル１２ｂの出射
光ＳはＰ偏光波に、液晶パネル１２ａの出射光ＰはＳ偏
光波に変換される。な台、液晶パネル１２ａ。

１２ｂでの偏光板は、その偏光方向がパラレルにおかれ
る場合もあり、この場合は液晶パネル通過前後でその偏
光方向は変わらない。

液晶パネル１２ｂによる第１光学変調系からのＰ偏光波
と、液晶パネル１２ａによる第２光学変調系からのＳ偏
光波は、偏光ビームスプリッタ２４によりＳ偏光が透過
、Ｐ偏光は反射され、図に示すように、第１．２光学変
調系からの光が合成され投写レンズ１１により、拡大投
映されることになる。

以上のような構成では第５図のタイプと比べ、従来偏光
板の所で捨てていた残りの５０％の光も利用できるため
、大幅な輝度ｕｐとなる。

また、第８図の例では基本原理を説明するため単色光と
して扱い第６図に対応させて説明した。

カラーを表現するには第５図に対応させて上記高輝度化
の原理を説明するのが第９図である。

図において、光源１、偏光ビームスプリッタ２３．２４
、全反射ミラー４，８１、投写レンズ１１の部分は第８
図の構成と同一である。また、２．３，９．１０のダイ
クロインクミラー、５゜６．７のＲ，Ｂ、Ｇ用の各液晶
パネル４，８゜１６の全反射ミラーよりなる第１の光学
変調系は、第３図のそれと同様であり、この部分は第８
図では液晶パネル１２ｂよりなる第１光学変調系で代表
される。また、２ａ、３ａ、９ａ、１０ａのダイクロイ
ンクミラー、８ａ、４ａ、１６の全反射ミラー　５ａ、
６ａ、７ａのＲ，Ｂ、Ｇ用の各液晶パネルよりなる第２
の光学変調系は、第８図では液晶パネル１２ａよりなる
第２光学変調系で代表される。動作、機能的には前記第
１光学変調系と同一である。

従って、第９図の構成を適用しても、第８図と同様の高
輝度化の効果を奏する。

しかしながら、第８図、第９図のような構成にしても、
高輝度は得られても以下の共通した問題か残されている
。すなわち、開口率と解像度の問題である。

液晶を用いた液晶プロジエクタでは高画質の要求が強い
ため、また良好な緒特性を得るため一般に、液晶パネル
部には各画素にアクティブ素子をうめ込んだアクデイプ
マトリクスタイプの液晶パネルが用いられている。しか
しながら、このアクティブ素子の部分は光が透過できず
、高画質化の要求に伴い画素密度を増やすと、アクティ
ブ素子の面積は小さくなり、しかも、パネル全体のサイ
ズは光学系のコスト面で押さえられて大きくできないた
め光の通過する部分（開口部）の全体に対する割合開口
率がどんどん小さくなる。

この状況を表したのが第１０図である。図の点線枠が１
画素の入射光領域３０であり実線枠は開口部３１を示し
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のビデオプロジェクタは以上のように構成されてい
るので、開口部が小さくなると、画素間の光学的な空間
ローパス（ＬＰ）効果が減少し、２次元の光学的な空間
キャリアの存在が目立つため、原画像に認識しすらいと
か、ドツト構造が目立つという問題が生じる。

逆に、適当な開口率を維持しようとすると、満足な解像
度が得られないという問題が生じる。従って、解像度と
開口率の両者の向上を図ることが困難であるなどの問題
点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、解像度と開口率の両者を容易に向上させるこ
とができる液晶プロジェクタを得ることを目的とする。

〔課題を解決す・るための手段〕

この発明においては、第１図に示すように、光源からの
光を第１の偏光ビームスプリッタにより偏光面が異なる
複数の偏光波に分離し、各偏光波の光路上に液晶パネル
をそれぞれ配置して各偏光波を変調し、これら変調済偏
光波を第２の偏光ビームスプリンタで合成し、合成光を
投写レンズで投写拡大する液晶ビデオプロジェクタにお
いて、各液晶パネルは入射光領域３０に対して変調出力
領域が縮小する開口部３１を有し、各変調光が投写平面
上で互いに補完するように各開口部３１の位置を移動す
るとともに、各開口部３１の位置に対応するタイミング
に従ってサンプリングした信号で各液晶パネルの変調を
行うようにした。

〔作用〕

この発明による各液晶パネルからの開口部３１の位置を
移動させるが、この移動方向は各偏光変調波を合成後の
投写平面上で補完する方向に、例えば、右方、左方、上
方及び下方等とするので開口率の向上に寄与する。更に
各開口部３１の位置に見合ったタイミングでサンプリン
グした信号で、各光学変調系の変調を行わせることによ
り、合成投写された映像の見かけ上の解像度を向上でき
る。

（実施例〕以下、この発明の一実施例を図について説明する。

但し、構成としては従来例の第８図あるいは第７図と同
様であるので省略する。

第１図は第８図等の第１及び第２光学変調系で合成投写
する際の、本発明による手段を説明した図である。同図
において、左下の図（ａｌが第１光学変調系のみによる
投写像、右下の図（ｂ）が第２光学変調系のみによる投
写像、上の図（Ｃ１が上記（ａ）、　（ｂｌ図の第１及
び第２光学変調系からの各投写像を合成した投写像であ
る。この図で点線枠が１画素の入射光領域３０を、実線
枠が各画素の開口部３１の形状をそれぞれ示している。

図に示すように、第１光学変調系の開口部３１は入射光
領域３０の左より半分に、第２光学変調系の開口部３１
は入射光領域３０の右より半分に配置され、合成する際
に前記第１及び第２光学変調系の各開口部３１゜３１を
それぞれ互いに左右方向にずらせている。

次に更に詳しく動作について説明する。但し、第８図及
び第９図の基本的な動作原理は、従来例と同様なのでて
ここでも省略する。

第２図は第８図における第１及び第２光学変調系の各液
晶パネル１２ａ、１２ｂを変調する信号を入力信号に対
して、どのようにサンプリングしたものにするかを説明
した図である。

第２図の（ａｌが合成投写後の空間パターン図であり、
第１図の上の図（Ｃ１に相当したものである。第２図の
（′ｂ）が入力信号であり、移動を時間にとっている。

第２図の（ｄｌは第１光学変調系の空間パターン図であ
り、第１図の左下の図（ａｌに相当している。

第２図のｆｃ）が第１光学変調系を変調する信号を得る
際に入力信号すをサンプリングして得る訳であるが、そ
の時のサンプリングタンミングを示す図である。第２図
に示すように、同図（ｄ）の第１光学変調系による投写
像が同図（ａ）の合成後の投写像の空間的位置に見合っ
た所に相当する信号をサンプルするタイミングとなって
いる。例えば、第２図（ｂｌのような信号を同図（Ｃ）
のタンミングでサンプルし、第１光学系を変調した結果
は同図ｆｄ）のようになる。同図（ｄ）の斜線部が点灯
する画素領域である。

また、第２図ｔｅ１．　（ｆ）は第２光学変調系のそれ
ぞれサンプルタイミングと投写像の関係を示したもので
、上述の第１光学変調系の同図ｆｅｌ、　（ｄ）にそれ
ぞれ動作が対応している。但し、第２光学変調系の投写
像は合成後の投写像において、第１の投写像を水平方向
で内挿するように投写される。サンプルタイミング第２
図（ｅｌはこれに合わせて、−図（Ｃ１と比べ％画素分
空間的な表示位置がずれることに対応させて、サンプル
時刻もずらせている。例えば第２図（′ｂ）のような信
号を同図（ｅ）のタイミングでサンプルし、第２光学変
調系を変調した結果は同図（ｆ）のようになる。同図（
ｆｌの斜線部が点灯する画素領域である。

上記第１．第２光学変調系による投写像第２図（ｄｌ、
　（ｆｌは合成され、同図ｆａ）のようになる。このよ
うに入力信号に応じて点灯できる結果となり、解像度的
にも各光学変調系を１つのみ用いた場合と較べて、実質
的に倍の解像度が得られることになる。

上記実施例では第１図に示すように、第１光学変調系と
第２光学変調系を左右方向に分割する方法について説明
したが、第３図に示すように、上下方向に分割して合成
投写しても同様の効果が得られる。但し、この場合第１
及び第２光学変調系を変調する信号は、それぞれ合成投
写後の各ラインに相当する信号で変調されることになる
。

また、光学系を第１〜第４の４つの光学変調系により、
それぞれ第４図に示すように各光学変調系の開口部３１
を配置し、合成すると左右、上下それぞれ倍の解像度が
得られる。（但し各光学変調系のサンプルタイミングは
それぞれの投写位置に合わせる必要がある。）これを実
現する光学系の詳細説明は、本発明の主旨でないため省
略するが、第６図の光学系を２系統組合わせること（各
Ｓ、Ｐ偏光を更に設けたビームスプリンタで分光して）
により容易に実現できる。

なお、上記で説明した例は、いずれも第９図のような光
学系に適用しても同様の効果が得られることは言うまで
もない。

（発明の効果〕以上説明してきたように、この発明によれば、光源から
光を第１の偏光ビームスプリフタにより偏光面が異なる
複数の偏光波に分離し、各偏光波の光路上に液晶パネル
をそれぞれ配置して各偏光波を変調し、これら変調済偏
光波を第２の偏光ビームスプリッタで合成し、合成光を
投写レンズで投写拡大する液晶ビデオプロジェクタにお
いて、各液晶パネルは入射光領域に対して変調出力領域
が縮小する開口部を有し、各変調光が投写平面上で互い
補完するように各開口部の位置を移動するとともに、各
開口部の位置に対応するタイミングにしたがってサンプ
リングした信号で各液晶パネルを変調するようにしたの
で、開口率の向上と解像度の向上の両者を容易に実現で
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による液晶ビデオプロジェクタの投写表
示パターンを示す図、第２図は本発明の変調タイミング
信号を示す図、第３図は本発明の他の実施例を示す図、
第４図は本発明に更に他の実施例を示す図である。第５図、第６図は偏光のない光学系を示す図、第７図は
液晶パネルの構成図、第８図、第９図は偏光のある光学
系を示す図、第１０図は従来の投写表示パターンを示す
図である。 ■・・・光源、５〜７．５ａ〜７ａ、１２゜１２ａ、１
２ｂ・・・液晶パネル、１１・・・投写レンズ、２３．
２４・・・偏光ビームスプリ・／り、３０・・・入射光
領域、３１・・・開口部、ｓ、ｐ・・・偏光。第　１　図入射光＠、戚（Ｃ）代理人　弁理士　　宮　　園　　純第図第図第３九宇変詞ｈ（：よ６４健写イ象第４′Ｌ学変調系による投写像垣８図

Claims

【特許請求の範囲】

　光源からの光を第１の偏光ビームスプリッタにより偏
光面が異なる複数の偏光波に分離し、各偏光波の光路上
に液晶パネルをそれぞれ配置して各偏光波を変調し、こ
れら変調済偏光波を第２の偏光ビームスプリッタで合成
し、合成光を投写レンズで投写拡大する液晶ビデオプロ
ジェクタにおいて、前記各液晶パネルは入射光領域に対
して変調出力領域が縮小する開口部を有し、各変調光が
投写平面上で互いに補完するように前記各開口部の位置
を移動するとともに、前記各開口部の位置に対応するタ
イミングに従ってサンプリングした信号で前記各液晶パ
ネルの変調を行うことを特徴とする液晶ビデオプロジェ
クタ。