(57)【要約】【課題】  明るく、広ダイナミックレンジの２重変調方式のプロジェクタおよび変調方法を実現する。【解決手段】  ２重変調方式のプロジェクタであって、励起レーザー光源からの光をＤＭＤで光変調し、その変調画像を蛍光プレー上に結像する第１変調部と、この第１変調部の蛍光プレートに形成される蛍光画像をさらに別の光変調器に結像し、そこで光変調を行う第２変調部とを備え、特に第１変調部では光変調器であるＤＭＤのＯＦＦ光の再利用をすることで励起レーザー光源の光利用効率を高めた広ダイナミックレンジのプロジェクタを実現する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光変調部により変調された画像光を第２の光変調部によりさらに変調するプロジェクタであって、
光源と、
前記光源からの光が入射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からの光の少なくとも一部を第１の方向又は第２の方向に反射する表示パネルと、
前記表示パネルにより前記第１の方向へ反射された光が入射し、前記表示パネルと共役関係にある蛍光プレートと、
前記表示パネルにより前記第２の方向に反射された光が入射する位相差板と、を備え、
前記偏光ビームスプリッタは、前記光源からの光と、前記位相差板からの光の少なくとも一部と、を同じ方向に向けて出射し、
前記第２の光変調部は、
前記蛍光プレートに形成される蛍光画像を色分解して複数の色画像を生成し、異なる方向に出射する色分解プリズムと、
前記蛍光プレートと共役関係にあり、前記色分解プリズムにより生成された複数の色画像のそれぞれに設けられた複数の光変調器と、を備えるプロジェクタ。
【請求項２】
請求項１記載のプロジェクタにおいて、
前記複数の光変調器がＤＭＤ表示パネルである、プロジェクタ。
【請求項３】
請求項１記載のプロジェクタにおいて、
前記色分解プリズムがクロスダイクロイックプリズムであり、前記複数の光変調器が液晶パネルである、プロジェクタ。
【請求項４】
第１の光変調部により変調された画像光を第２の光変調部によりさらに変調するプロジェクタで行われる変調方法であって、
光源と、
前記光源からの光が入射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からの光の少なくとも一部を第１の方向又は第２の方向に反射する表示パネルと、
前記表示パネルにより前記第１の方向へ反射された光が入射し、前記表示パネルと共役関係にある蛍光プレートと、
前記表示パネルにより前記第２の方向に反射された光が入射する位相差板と、を設け、
前記偏光ビームスプリッタに、前記光源からの光と、前記位相差板からの光の少なくとも一部と、を同じ方向に向けて出射させ、
前記第２の光変調部に、
前記蛍光プレートに形成される蛍光画像を色分解して複数の色画像を生成し、異なる方向に出射する色分解プリズムと、
前記蛍光プレートと共役関係にあり、前記色分解プリズムにより生成された複数の色画像のそれぞれに設けられた複数の光変調器と、を設ける変調方法。
【請求項５】
請求項４記載の変調方法において、
前記複数の光変調器としてＤＭＤ表示パネルを用いる、変調方法。
【請求項６】
請求項４記載の変調方法において、
前記色分解プリズムとしてクロスダイクロイックプリズムを用い、前記複数の光変調器が液晶パネルを用いる、変調方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプロジェクタおよび変調方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、超高精細な大画面映像システム、フレームレートおよび色再現範囲の向上を目指した映像システムなどが提案されている。２０２０年には、４Ｋ・８Ｋ放送の普及によって、多くの視聴者がテレビで、また、パブリックビューイングで、世界各地でスポーツの感動が共有されることが予想され、映像システムは着実に高画質化の道を歩んでいる。プロジェクタに関して言えば、高精細化に関しては、使用する空間光変調器であるマイクロディスプレイの進化により着実に高精細化がなされている。その一方、より広い輝度ダイナミックレンジを持つプロジェクタが望まれており、それを実現する先行技術が、特許文献１ないし特許文献３、および、非特許文献１などに開示されている。
【０００３】
これら先行技術文献に開示される技術では、液晶やＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）、あるいはＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）などの空間光変調器を持つ第１の光変調部と、同じく、液晶やＤＭＤ、あるいはＬＣＯＳを有する第２の光変調部を備えている。そして、第１の光変調部で表示すべき画像に対応する画像データに基づいて光源からの光を変調（１次光変調）してＲＧＢの各色の画像光を出力する。第１の光変調部で合成された各色の画像光はリレーレンズ系を用いて第２の変調部の光変調器に重畳結像され、第２の変調部によりさらに画像光が変調される（２次変調）。したがって２度にわたる光変調が行われるので、広い輝度ダイナミックレンジが得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１２１７８４号公報
【特許文献２】特開２００２−２８７２５０号公報
【特許文献３】特開２０１５−９０４９６号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】日下部裕一  他「スーパーハイビジョン用二重変調方式広ダイナミックレンジプロジェクタ」：映像情報メディア学会誌  Ｖｏｌ．６５，  Ｎｏ．７，  ｐｐ１０４５−１０５６（２０１１）
【非特許文献２】研究発表、村井俊介（京都大学）「プラズモニックアレイによる方向制御された蛍光の取り出し〜指向性光源を目指して〜」  第１１回プラズモニック化学シンポジウム  講演資料  ２０１６年１１月１１日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような２つの変調部を備えたプロジェクタは、変調部が１つのプロジェクタに比べると、変調部が多い分だけ使用する空間光変調器の数が増える。また、プロジェクタの光学系の構成も複雑になりがちである。
【０００７】
単一のＤＭＤパネルを用いた単板型のＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ：登録商標）プロジェクタが知られている。ＤＬＰプロジェクタの一形態として、白色光源からの光をカラーホイールによりＲＧＢの３色に分解し、時分割で単一のＤＭＤ表示パネルに照射し、同期制御された画像を拡大投射してカラー画像を得るものがあり、構成が非常にシンプルであるという長所がある。
【０００８】
ここで、この単板型のＤＬＰプロジェクタを基本とし、第２の変調部を追加することで２重変調を可能とする広いダイナミックレンジを持つプロジェクタを構成することが可能であると考える。
【０００９】
ところで、第１変調部にＤＭＤを用いる場合に問題となるのは光源の光利用率をいかに高めるかという点である。一般に２重変調方式では、コントラストに関しては２つの変調器によるコントラストの掛け合わせになるものの、光変調器の光損失も掛け算で効いてくると考えられる。従って、各々の光変調器での光損失は出来るだけ抑えたいとことである。特にＤＭＤの場合にはＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御により階調映像表示を行っており、ＤＭＤミラーのオフ光が光損失となる。従ってこのオフ光による光損失を低減することができれば、光源の光利用率の改善が一気に進み、明るく、広ダイナミックレンジの２重変調方式のプロジェクタを実現できる。
【００１０】
本発明は、明るく、広ダイナミックレンジの２重変調方式のプロジェクタおよび変調方法を実現する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のプロジェクタは、第１の光変調部により変調された画像光を第２の光変調部によりさらに変調するプロジェクタであって、
光源と、
前記光源からの光が入射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からの光の少なくとも一部を第１の方向又は第２の方向に反射する表示パネルと、
前記表示パネルにより前記第１の方向へ反射された光が入射し、前記表示パネルと共役関係にある蛍光プレートと、
前記表示パネルにより前記第２の方向に反射された光が入射する位相差板と、を備え、
前記偏光ビームスプリッタは、前記光源からの光と、前記位相差板からの光の少なくとも一部と、を同じ方向に向けて出射し、
前記第２の光変調部は、
前記蛍光プレートに形成される蛍光画像を色分解して複数の色画像を生成し、異なる方向に出射する色分解プリズムと、
前記蛍光プレートと共役関係にあり、前記色分解プリズムにより生成された複数の色画像のそれぞれに設けられた複数の光変調器と、を備える。
【００１２】
本発明の変調方法は、第１の光変調部により変調された画像光を第２の光変調部によりさらに変調するプロジェクタで行われる変調方法であって、
光源と、
前記光源からの光が入射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からの光の少なくとも一部を第１の方向又は第２の方向に反射する表示パネルと、
前記表示パネルにより前記第１の方向へ反射された光が入射し、前記表示パネルと共役関係にある蛍光プレートと、
前記表示パネルにより前記第２の方向に反射された光が入射する位相差板と、を設け、
前記偏光ビームスプリッタに、前記光源からの光と、前記位相差板からの光の少なくとも一部と、を同じ方向に向けて出射させ、
前記第２の光変調部に、
前記蛍光プレートに形成される蛍光画像を色分解して複数の色画像を生成し、異なる方向に出射する色分解プリズムと、
前記蛍光プレートと共役関係にあり、前記色分解プリズムにより生成された複数の色画像のそれぞれに設けられた複数の光変調器と、を設ける。
【発明の効果】
【００１３】
上記の構成を備える本発明では、明るく、広ダイナミックレンジの２重変調方式のプロジェクタおよび変調方法が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態の構成を説明するための図である。
【図２】ＴＩＲプリズムの構成を説明するための図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は蛍光プレートの構成を説明するための図である。
【図４】色分解プリズムの構成を説明するための図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態の構成を説明するための図である。
【図６】蛍光プレートの構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
第１の実施形態
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。図１は、本発明によるプロジェクタの第１の実施形態の構成を示すブロック図である。
【００１６】
本実施形態は、光源１０１と、偏光ビームスプリッタ１０２と、レンズ１０３および１０４と、反射ミラー１０５および１０６と、ＴＩＲプリズム１０７と、ＤＭＤ表示パネル１０８と、反射ミラー１０９と、レンズ１１０および１１１と、位相差板１１２と、レンズ１１３と、反射ミラー１１４と、レンズ１１５と、蛍光プレート１１６と、レンズ１１７および１１８と、ＴＩＲプリズム１１９と、３色分解プリズム１２０と、ＤＭＤ表示パネル１２１、１２２および１２３と、投射レンズ１２４と、を備える。
【００１７】
光源１０１にはＢ（Ｂｌｕｅ：青）色帯域の光を発する半導体レーザー光源を使用した。波長帯域の目安としては４００ｎｍ〜４７０ｎｍが利用できる。この種のレーザー光源の入手は難しくない。また、利用できるレーザー光源の数としては図１では説明を簡潔にするため１個しか描いていないが、複数のレーザー光源が使用できることは言うまでもない。
【００１８】
偏光ビームスプリッタ１０２は、２つの直角プリズムの斜面同士を張り合わせたキューブ形状の外形を有するもので、張り合わせ面に誘電体多層膜を備える。偏光ビームスプリッタ１０２は、入射する第１の直線偏光であるＰ偏光を通過させ、入射する第２の直線偏光であるＳ偏光を反射する特性を有する光学素子である。本実施形態では偏光ビームスプリッタにはＢ色帯域の光が入射することを考慮して、この帯域に関して透過および反射特性が最適になるように設計してある。このような偏光ビームスプリッタは容易に設計および製造が可能である。
【００１９】
レンズ１０３、１０４は光学レンズである。材質はガラスの他、光学樹脂などを利用してもよい。レンズの曲面形状は球面のみならず非球面や自由曲面なども可能であり、それは設計事項である。
【００２０】
反射ミラー１０５、１０６はＢ色帯域の光を反射する特性を有するもので、ガラスに、アルミや銀などの金属薄膜を蒸着することや、誘電多層膜を蒸着することで製作が可能である。
【００２１】
図２はＴＩＲプリズム１０７の構成をより詳細に示す図である。ＴＩＲプリズム１０７は入射光をＤＭＤ表示パネル１０８のミラー面に照射してオン光を取り出すと同時にオフ光はオン光と異なる方向に向かうように構成されたプリズム組立体である。ＴＩＲプリズム１０７は、プリズム３０１、３０２、および３０３で構成され、各々の接合界面には微小な空気層を有している。一般には３つのプリズムは同じ材質の光学ガラスを利用することができる。
【００２２】
ＤＭＤ表示パネル１０８は２次元のＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）ミラーアレイであり、画素数分のミラーを持つ。各ミラーはオン状態とオフ状態の２つのミラーチルト角を有し、入射する光の偏向方向を可変にする。このミラーのオンオフの回数を制御することで映像の階調表示が可能になる。
【００２３】
反射ミラー１０９は、Ｂ色帯域の光を反射する特性を有するもので、ガラスに、アルミや銀などの金属薄膜を蒸着することや、誘電多層膜を蒸着することで製作が可能である。
【００２４】
レンズ１１０、１１１は光学レンズである。使用する枚数や形状仕様などは光学系により適宜決定されるべきものであり、図１に示されるような１枚構成が必ずしも最適という訳ではない。
【００２５】
位相差板１１２は１／２波長板を用いることができる。Ｂ色帯域の直線偏光の偏光方向を９０度回転させている。このような波長板はプロジェクタの分野では周知技術である。
【００２６】
レンズ１１３は光学レンズである。使用する枚数や形状仕様などは光学系により適宜決定されるべきものであり、図１に示されている１枚構成が必ずしも最適という訳ではない。
【００２７】
反射ミラー１１４は、Ｂ色帯域の光を反射する特性を有する。ガラスに、アルミや銀などの金属薄膜を蒸着することや、誘電多層膜を蒸着することで製作が可能である。
【００２８】
レンズ１１５は光学レンズである。使用する枚数や形状仕様などは光学系により適宜決定されるべきものであり、図１に示されている１枚構成が必ずしも最適という訳ではない。
【００２９】
図３は蛍光プレート１１６の構成を詳細に示す図である。蛍光プレート１１５は板状の蛍光体であり、図３（ａ）に示すようにガラス基板５０２上に蛍光体５０１を定着させたものや、図３（ｂ）のように蛍光体５０３を板状に焼結させたものなどを利用することができる。蛍光体材料としてはＢ色帯域の光を照射したときにＧ色やＹ色やＲ色などに蛍光する材料を利用することができる。このような蛍光体材料としては白色ＬＥＤやレーザー蛍光方式のプロジェクタに利用される蛍光ホイールなどに使われる材料が知られている。
【００３０】
レンズ１１７、１１８は光学レンズである。使用する枚数や形状仕様などは光学系により適宜決定されるべきものであり、図１に示されているような２枚構成が必ずしも最適という訳ではない。
【００３１】
ＴＩＲプリズム１１９は入射光をＤＭＤ表示パネル１２２のミラー面に照射してオン光を取り出すと同時に、ＤＭＤ表示パネル１２２のオフ光はオン光と異なる方向に向かうように構成したプリズム組立体である。単板型や３板型のＤＬＰプロジェクタでは頻繁に使用されているので詳しい説明はここではしない。
【００３２】
図４は３色分解プリズム１２０の構成を詳細に示す図である。３色分解プリズム１２０は、例えば白色光をＲ、Ｇ、Ｂの３色の帯域に分離し、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の帯域の光を合成する。３色分解プリズム１２０は３板型のＤＬＰプロジェクタでは必須と言ってよいほどの光学部品である。
【００３３】
ＤＭＤ表示パネル１２１、１２２、１２３は２次元のＭＥＭＳミラーアレイであり、画素数分のミラーを持つ。各ミラーはオン状態とオフ状態の２つのミラーチルト角の状態を有し、入射する光の偏向方向を可変にしている。このミラーのオン、オフの回数を制御してやることで映像の階調表示が可能になる。図１に示される第１の実施形態では、Ｒ（Ｒｅｄ：赤）色用、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ：緑）色用、Ｂ色用に３つのＤＭＤ表示パネルを用いている。
【００３４】
投射レンズ１２４はＤＭＤ表示パネル１２１、１２２、１２３により生成された画像を拡大投射するレンズであって、図１では簡単のために１枚のレンズで表示したが、実際には複数のレンズを用いたレンズ系で構成されている。投射レンズ１２４はプロジェクタ装置の商品仕様に応じて設計、製造されるべきものである。
【００３５】
次に、本実施形態の動作について説明する。
【００３６】
光源１０１であるＢ色半導体レーザーからは直線偏光が射出している。一般に半導体レーザー光源からの光は直線偏光であって、レーザービームの射出方向を光軸回りに適切な配置にすることで直線偏光の偏光軸を任意に調整できる。
【００３７】
光源１０１からＰ偏光が射出するように光源１０１の配置を調整すると、出射したＰ偏光は偏光ビームスプリッタ１０２を直進する。なぜなら偏光ビームスプリッタ１０２の偏光分離面がレーザービームの光軸と４５度になるように偏光ビームスプリッタ１０２を配置したからである。偏光ビームスプリッタ１０２を透過したＰ偏光の光は、その後、レンズ１０３、１０４や反射ミラー１０５、１０６で屈折や反射し、ＴＩＲプリズム１０７に入射する。レンズ１０３、１０４は必要に応じて備えるレンズである。必ずしもこの図の場所に必要という訳ではなく光学設計如何で変わる。
【００３８】
ここで、図２に示すようにＴＩＲプリズム１０７を構成するプリズム３０１への入射光は斜面３１で全反射してＤＭＤ表示パネル１０８へ到達することになる。なぜならプリズム３０１の斜面３１とプリズム３０２の境界面には微小空気間隔があるからである。ＤＭＤ表示パネル１０８の画素ミラーがオン状態（図２では実線で示す）では、ＤＭＤ表示パネル１０８の画素ミラーを反射した光はプリズム３０１からプリズム３０２へ進行し、ＴＩＲプリズム１０７から射出される。
【００３９】
一方、ＤＭＤ表示パネル１０８の画素ミラーがオフ状態（図２では破線で示す）で反射した光はプリズム３０１からプリズム３０３へ進行し、ＴＩＲプリズム１０７から射出される。斜面３１はプリズム３０３との間に微小空気間隔を有する。このように、ＤＭＤ表示パネル１０８の画素ミラーがオン状態とオフ状態とで、反射光は全く別の方向に進行してゆくことになる。
【００４０】
ＤＭＤ表示パネル１０８の画素ミラーの反射光の進行状態について、図１に戻って説明を続ける。ＴＩＲプリズム１０７を出ていくオン光は、レンズ１１３を通り、反射ミラー１１４で進行方向を変え、さらにレンズ１１５で光学作用を受けて蛍光プレート１１６にＤＭＤ表示パネル１０８の駆動に基づいて表示された画像を結像する。なぜなら、ＤＭＤ表示パネル１０８と蛍光プレート１１６とは光学的に共役関係、つまり結像関係になるようにレンズ１１３や１１５の形状緒元、配置を設計したからである。このような共役関係を構成することは難しくなく周知技術である。
【００４１】
ＤＭＤ１０８上の画像が蛍光プレート１１６に結像されて蛍光プレート１１６上に蛍光画像が形成される。この蛍光プレート１１６はＹ色の蛍光体で形成されており、Ｂ色の光の一部をＹ色に波長変換する。従って、この蛍光プレート１１６を形成する蛍光物質の濃度や厚みなどを適切に設計することにより、蛍光プレート１１６上には発光する白色画像が形成される。この白色画像はレンズ１１７、１１８により共役関係の位置に置かれる、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に対応するＤＭＤ表示パネル１２１、１２２、１２３に結像する（照明光として照射される）。
【００４２】
蛍光プレート１１６とＤＭＤ表示パネル１２１、１２２、１２３との間には、ＴＩＲプリズム１１９と色分解プリズム１２０とがある。色分解プリズム１２０では蛍光プレート１１６上の白色画像がＲ、Ｇ、Ｂの各色に分解されて各々対応するＲ光用ＤＭＤ１２１、Ｇ光用ＤＭＤ１２２、Ｂ光用ＤＭＤ１２３に照明光として結像する。その後、各ＤＭＤ表示パネル１２１、１２２、１２３で光変調される。そして各ＤＭＤ表示パネル１２１、１２２、１２３におけるオン光は色分解プリズム１２０で色合成された上でＴＩＲプリズム１１９を射出し、投射レンズ１２４で拡大投射され、大画面映像を得る。
【００４３】
ここで、上記の３色のＤＭＤ表示パネル１２１、１２２、１２３へ結像される照明光の輝度分布に関しては、蛍光プレート１１６であらかじめ映像の輝度情報を反映した輝度分布のものが各色ＤＭＤ表示パネルに照射されていること、さらにこの照明光に対して各ＤＭＤ表示パネル１２１、１２２、１２３で光変調が実施されることを考えると、全体として２度の変調を受けて拡大投射されることになる。従って、投射画像のコントラストは非常に高いものとなる。
【００４４】
次に、第１変調部としてのＤＭＤ表示パネル１０８のオフ光に関して説明する。このオフ光はＴＩＲプリズム１０７を射出後は別系統に準備された光学経路をたどり、ＤＭＤ表示パネル１０８の照明光に再利用される。
【００４５】
ＤＭＤ表示パネルのオフ光は、反射ミラー１０９、レンズ１１０、１１１を通り、さらに位相差板１１２を通過することにより偏光光方向がＰ偏光からＳ偏光へ変わる。なぜなら、光源１０１が出力するレーザー光はＰ偏光であり、さらに位相差板１１２が１／２波長板だからである。
【００４６】
位相差板１１２を通過したＳ偏光の光は、偏光ビームスプリッタ１０２で光源１０１からの再利用される前のＰ偏光レーザービームの進行経路と合流して進むことになる。従って、その後はＤＭＤ表示パネル１０８の照明光として利用され、オン光が蛍光プレート１１６で光源画像を形成し、それがＤＭＤ表示パネル１２１、１２２、１２３でさらに光変調されて拡大投射される。
【００４７】
上記のように、本実施形態においては、ＤＭＤ表示パネル１０８でのオフ光は、光損失されることなくもう一度ＤＭＤ表示パネル１０８の照明光として再利用されるので、光源１０１が出力するレーザー光の光利用率が各段に高まり、高効率な光変調が可能になっている。なお、波長板１１２の配置する場所としては、偏光ビームスプリッタ１０２を除く、再利用される前の光学経路中でも、ＤＭＤ表示パネル１０８のオフ光と偏光ビームスプリッタ１０２との間のどちらでも良い。
【００４８】
第２の実施形態
次に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。図５は、本発明によるプロジェクタの第２の実施形態の構成を示すブロック図である。
【００４９】
本実施形態と第１の実施形態との違いは、第１の実施形態が３板型のＤＬＰプロジェクタであったのに対して、本実施形態では３板型の液晶プロジェクタの構成となっている点である。つまり、本発明のプロジェクタはＤＭＤ表示パネルであっても液晶表示パネルであっても、同様の広ダイナミックのプロジェクタが構成できると言える。
【００５０】
図５において、図１と同様の構成および動作を示す箇所は同じ符号としてある。構成の違いとして、ダイクロイックミラー２０１、２０３と、反射ミラー２０２、２０５、２０６と、レンズ２０４、２０６と、Ｒ色用液晶パネル２０８と、Ｇ色用液晶パネル２０９と、Ｂ色用液晶パネル２１０と、クロスダイクロイックプリズム２１１と、投射レンズ２１２を備える。いずれの構成要素ともに周知技術である。動作に関しても同様に、蛍光プレート１１６に形成される白色の光源画像が、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色に分離されて、各々対応する液晶パネル２０８、２０９、２１０に結像する。ここで各液晶パネルには予め表示画像の輝度分布を反映した照明情報を持つ照明光が結像されるので、最終的に表示される画像としては３つの液晶パネルでさらに光変調された画像が拡大投射されるので非常にコントラストの優れた画像となっている。しかも、蛍光プレート１１６に照射する励起光の画像変調に関してはＤＭＤ表示パネル１０８のオン光だけでなく、オフ光についても再利用することにより、光源１０１である半導体レーザーの光利用率を高めており、高効率な光変調が実現されている。
【００５１】
ところで、この方式では蛍光プレート１１６上に形成される画像が蛍光であって、その発光特性である指向性に関しては等方的なものである。そのため、光損失を抑制し、効率的に光利用するには、蛍光プレート１１６の構成に工夫を加えることが効果的である。非特許文献２にあるようにフォトニック結晶技術や表面プラズモニクス技術など最先端の微細加工を導入することで蛍光の発光特性のコントロールが可能になることが報告されている。
【００５２】
図６のようにＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｇａｒｎｅｔ）蛍光体プレート上にアルミのナノロッド６０２を周期的に形成する構成とすることで、励起光の照射に対して侠角の蛍光の発光指向性が得られるとの提案がある。この構造を適用すれば、第２変調器の光学系での光損失が少なくなり、さらに高効率なプロジェクタを実現できる。
【００５３】
また、実施形態１では光源をＢ色帯域のレーザー光源としているが、Ｂ色以外のレーザー光源を利用することも可能である。例えば、紫外レーザー光源を用いて蛍光プレートには、Ｂ色およびＹ色の両方が発光する蛍光材料を形成することで白色の変調画像を得ることができる。
【００５４】
上記のように、本発明によるプロジェクタは第１変調部と第２変調部とを有する２重変調方式のプロジェクタである。特に第１変調部にはＤＭＤが備えられている。光源はＢ色帯域のレーザー光源を用いた。このＢ色レーザー光は第１変調部においてＤＭＤ表示パネルで光変調されたあと、蛍光プレートに結像され、蛍光プレート上に蛍光画像を形成する。Ｂ色レーザー光は励起光である。
【００５５】
一般的にＤＭＤ表示パネルはＰＷＭ変調で映像表示する。１画素を構成するＭＥＭＳミラーがオンのときに入射したオン光は投射画像に利用されるが、ＭＥＭＳミラーがオフの状態に入射したオフ光は反射後に投射レンズに向かうことなく光損失となる。即ち、ＤＭＤ表示パネルへ入射する光線全てを投射画像に利用することが難しい。もし全ての入射光を利用できれば最高の光利用率を達成できる。
【００５６】
本発明のプロジェクタでは第１変調部のＤＭＤ表示パネルの光変調時において、オフ光を別系統の光学経路を用いて導光し、その光を再度ＤＭＤ表示パネルへ入射する光として再利用する。その結果として再利用光がまたＤＭＤ表示パネルで光変調されて蛍光プレート上に照射結像する。そのため光源からの光は効率よく変調に利用されるので、蛍光プレート上には明るい画像が得られる。
【００５７】
蛍光プレート上の画像は、第２変調部のＤＭＤまたは液晶パネルなどのマイクロディスプレイ表示パネルの照明光として利用される。第１変調部の変調器であるＤＭＤ表示パネルと蛍光プレートは共役関係に配置されている。また第１変調部の蛍光プレートと第２変調部の変調器とは光学的に共役である。従って第１変調部のＤＭＤ表示パネル上に表示する映像の輝度分布を反映した照明情報が蛍光プレート上に形成されることになり、これが第２変調部の変調器の照明光として結像する２重変調の構成である。
【００５８】
２重変調方式では、第１変調部と第２変調部の掛け算のコントラストが得られる。そのため、投射画像は非常に広ダイナミックレンジを実現する。しかも、従来は光損失している第１変調部のＤＭＤのオフ光も再利用できるので非常に光利用率の高い広ダイナミックレンジのプロジェクタが提供できる。
【００５９】
なお、実施例の説明では光源をレーザーとしているがＬＥＤでも同様の効果が実現できる。
【００６０】
また、偏光ビームスプリッタは、光源からの直線偏光を通過させ位相差板からの直線偏光を反射するものとして説明したが、これらは逆であってもよく、これらが同じ方向に向けて出射される構成であればよい。
【符号の説明】
【００６１】
１０１  光源
１０２  偏光ビームスプリッタ
１０３、１０４、１１３、１１０、１１１、１１３、１１５、１１７、１１８、２０４、２０６  レンズ
１０５、１０６、１０９、１１４、２０２、２０５、２０７  ミラー
１０７  ＴＩＲプリズム
１０８、１２１、１２２、１２３  ＤＭＤ表示パネル
１１２  位相差板
１１６  蛍光プレート
１１９  ＴＩＲプリズム
１２０  色分解プリズム
１２４、２１２  投射レンズ
２０１、２０３  ダイクロイックミラー
２０８、２０９、２１０  液晶パネル
２１１  ダイクロイックプリズム
３０１、３０２、３０３、４０１、４０２、４０３  プリズム
３１  斜面
５０１、５０３、６０１  蛍光体
５０２  基板
６０２  Ａｌナノロッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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