(57)【要約】      （修正有）【課題】カラーブレーキング現象を解消すると同時に階調特性の良好なプロジェクタを提供する。【解決手段】複数の入射面にそれぞれ入射された画像光を合成して出射面より出射する画像合成素子１２１と、それぞれ異なる色の第１ないし第３の色光を出射し、第１の色光と第２の色光は第１の方向１１０１に時系列に出射し、第３の色光を第２の方向１１０２に出射する光源１１と、画像合成素子１２１の第１の入射面と光源１１との間に設けられ、時系列に入射される第１の色光と第２の色光に変調を行って第１の画像光と第２の画像光を生成する第１の空間光変調器１１１および第２の空間光変調器１２０と、画像合成素子１２１の第２の入射面と光源１１との間に設けられ、入射される第３の色光に変調を行って第３の画像光を生成する第３の空間光変調器１１２と、第１の空間光変調器１１１と第２の空間光変調器１２０を共役とするレンズ系１１４，１１６と、を有する。【選択図】図１
2017054061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の入射面と、出射面とを備え、前記複数の入射面にそれぞれ入射された画像光を合成して前記出射面より出射する画像合成素子と、
それぞれ異なる色の第１ないし第３の色光を出射し、前記第１の色光と第２の色光は第１の方向に時系列に出射し、前記第３の色光について第１の方向と異なる第２の方向に出射する光源と、
前記画像合成素子の第１の入射面と前記光源との間に設けられ、時系列に入射される前記第１の色光と第２の色光に変調を行って第１の画像光と第２の画像光を生成する第１の空間光変調器および第２の空間光変調器と、
前記画像合成素子の第２の入射面と前記光源との間に設けられ、入射される前記第３の色光に変調を行って第３の画像光を生成する第３の空間光変調器と、
前記第１の空間光変調器と第２の空間光変調器を共役とするレンズ系と、
を有するプロジェクタ。
【請求項２】
請求項１記載のプロジェクタにおいて、
前記光源は前記第１の方向に第２の色光と同じ色の第４の色光を出射し、
前記第４の色光を反射させるビームスプリッタと、
前記画像合成素子の第３の入射面と前記ビームスプリッタとの間に設けられ、前記第４の色光に変調を行って第４の画像光を生成する第４の空間光変調器と、
をさらに有するプロジェクタ。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のプロジェクタにおいて、
前記第１の空間光変調器および第２の空間光変調器は、他の空間光変調器よりも少ない階調で変調を行うとともに、生成される前記第１の画像光と第２の画像光の諧調が他の画像光の諧調と等しくなるように変調を行うプロジェクタ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
空間光変調器がＤＭＤ表示パネルであるプロジェクタ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
空間光変調器が液晶表示パネルであるプロジェクタ。
【請求項６】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
空間光変調器がＬＣＯＳであるプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクタに関し、特に、３つの表示素子を備え、これらの表示素子に赤色、緑色および青色の光を照射することにより得られる画像光を合成したカラー画像光を投射する３板型プロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
空間光変調器を用いたプロジェクタが知られている。空間光変調器に赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）などの色光を照射し、空間光変調器により変調された画像光をスクリーンに拡大投射するものである。空間光変調器を３個用いた３板型と、単一の空間光変調器を用いた単板型とが知られている。なお、３板型は３つの空間光変調器が赤、青、緑の３色の色光に対応して設けられている。空間光変調器としては、液晶パネルやＤＭＤ（Digital Mirror Device：米テキサスインスツルメント社のデジタルミラーデバイス）、ＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）などが知られている。これらの周知技術はこれ以上の説明は必要としないであろう。
ところで、本出願人は、特許文献１において、光源に固体源としてＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）を使用し、クロスダイクロイックプリズムを用いたプロジェクタとして、青色光と緑光を時分割的に照射し、各色光の照射に応じて液晶パネルの駆動を同期制御することで、色再現性の優れた明るいプロジェクタを実現することを提案している。
【０００３】
空間光変調器として、液晶パネル、ＤＭＤ、ＬＣＯＳのいずれを使用するかに関わらず、単一の空間光変調器に複数の色光を時分割で照射するというプロジェクタ構成をとると、カラーブレーキング現象が発生する。投射画像については明るくすることも重要であるが、当然ながら画質も重要であり、カラーブレーキング現象の発生により画質が低下することは回避することが望ましい。
カラーブレーキング現象による画質の低下を改善するための種々の方法が知られている。光源に固体光源を使用し、赤、緑、青の光を順次発生する光源の駆動周波数（点灯周波数）と、空間光変調器の駆動周波数であるリフレッシュレートが同期している場合には、点灯周波数やリフレッシュレートを高くすると、カラーブレーキング現象は改善する。５４０Ｈｚ以上の駆動であれば、カラーブレーキング現象の改善に大きな効果があると言われている（特許文献２の段落０００６参照）。
【０００４】
カラーブレーキング現象を低減するためにリフレッシュレートを高くする場合には、画質が低下するというあらたな問題が発生することがある。それは、高リフレッシュレート化に対して、液晶を用いる空間光変調器の場合には応答スピードが十分に対応できないということであり、ＤＭＤの場合にもデバイス特性としての微小ミラーのオン・オフ速度から、ＰＷＭ駆動における階調特性が劣化してしまうとうことである。なお、ＤＭＤミラーの機械的スイッチング速度は１５μｓ程度と言われている（非特許文献１参照）。
なお、ＤＭＤは毎秒６０フレームの２５６階調の画像を３００Ｈｚ程度の周波数で表示できる能力があるとされている（非特許文献２参照）。
【０００５】
上記のように、空間光変調器として、液晶を使用する場合、ＤＭＤを使用する場合のいずれであっても、デバイスの応答速度には限界があるため、あまりにも高速に色切り替えを実施すると、応答が追い付かないということが起こる。それにより、階調表示を十分に行うことが出来ず、画質が低下することもある。
特許文献１に開示される構成においても、緑色光と青色光とが共通の液晶パネルに時分割的に照射される。このため、色光の切り替えを高速に行うことでカラーブレーキング現象は改善するものの、階調表示特性には改善の余地が残るということになる。特に青色光はワイトバランスの観点から、そもそも他の色光に比べて発光時間（照射時間）が短く設定されているので、カラーブレーキング現象改善のために発光時間をさらに短くするように駆動すると、階調特性を悪化させてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０８６０１１号公報
【特許文献２】特許第５１５７５４２号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】真空誌  Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．２，２０００  ｐｐ１１９−１２５
【非特許文献２】２０００年電子情報通信学会総合大会  予稿  ＳＣ−７−４  ｐｐ２１５−２１６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、カラーブレーキング現象を低減するために、点灯周波数やリフレッシュレートを高くすると表示パネルの動作特性から諧調特性が劣化し、画質が低下することがある。
本発明は、カラーブレーキング現象を解消すると同時に階調特性の良好なプロジェクタを実現する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のプロジェクタは、複数の入射面と、出射面とを備え、前記複数の入射面にそれぞれ入射された画像光を合成して前記出射面より出射する画像合成素子と、
それぞれ異なる色の第１ないし第３の色光を出射し、前記第１の色光と第２の色光は第１の方向に時系列に出射し、前記第３の色光について第１の方向と異なる第２の方向に出射する光源と、
前記画像合成素子の第１の入射面と前記光源との間に設けられ、時系列に入射される前記第１の色光と第２の色光に変調を行って第１の画像光と第２の画像光を生成する第１の空間光変調器および第２の空間光変調器と、
前記画像合成素子の第２の入射面と前記光源との間に設けられ、入射される前記第３の色光に変調を行って第３の画像光を生成する第３の空間光変調器と、
前記第１の空間光変調器と第２の空間光変調器を共役とするレンズ系と、
を有する。
【発明の効果】
【００１０】
上記のように構成される本発明のプロジェクタでは、カラーブレーキング現象が解消されると同時に階調特性が良好となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明によるプロジェクタの第１の実施形態の光学系の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明によるプロジェクタの第２の実施形態の光学系の構成を示すブロック図である。
【図３】光源部１１の構成を示すブロック図である。
【図４Ａ】本発明によるプロジェクタの第３の実施形態の光学系の構成を示すブロック図である。
【図４Ｂ】本発明によるプロジェクタの第４の実施形態の光学系の構成を示すブロック図である。
【図５】光源部１１の他の構成を示すブロック図である。
【図６】図３中の偏光ビームスプリッタ３０８の構成を示す図である。
【図７】第１の実施形態で用いられるＴＩＲプリズム１０８、１０９、１１０、１１９とＤＭＤ表示パネルの組み合わせ状態を示す図である。
【図８】（ａ）はクロスダイクロイックプリズム１２１への入射光を示す図であり、（ｂ）はクロスダイクロイックプリズム１２１の透過特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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の実施形態の光学系の構成を示すブロック図である。
本実施形態は、光源部１１と、照明レンズ１０１、１０２、１０５、１０６、１０７と、反射ミラー１０４と、偏光ビームスプリッタ１０３と、ＴＩＲプリズム１０８、１０９、１１０、１１９と、ＤＭＤ表示パネル１１１、１１２、１１３、１２０と、レンズ１１４、１１６、１１８と、反射ミラー１１５、１１７と、クロスダイクロイックプリズム１２１と、投射レンズ１２２を備える。
第４の空間光変調器であるＤＭＤ表示パネル１１３は緑色光用であり、第３の空間光変調器であるＤＭＤ表示パネル１１２は赤色光用である。第１の空間光変調器であるＤＭＤ表示パネル１１１は、第一変調用で青色光用と緑色光用とを兼ねている。第２の空間光変調器であるＤＭＤ表示パネル１２０は第二変調用で青色光用と青色光用とを兼ねている。
【００１３】
画像合成素子であるクロスダイクロイックプリズム１２１の第１の入射面にはＤＭＤ表示パネル１１１およびＤＭＤ表示パネル１２０により変調された青色の画像光と緑色の画像光が時系列に入射され、該第１の入射面に対向する第２の入射面にはＤＭＤ表示パネル１１２により変調された赤色の画像光が入射される。第１の入射面と第２の入射面に直交する第３の入射面にはＤＭＤ表示パネル１１３により変調された緑色の画像光が入射される。これらの各画像光はクロスダイクロイックプリズム１２１により合成され、投射レンズ１２２を介してスクリーン（不図示）に向けて出射される。
光源部１１の構成については後述するが、光源部１１からはＳ偏光の赤色光とＰ偏光およびＳ偏光の緑色光、そしてＳ偏光の青色光が発生している。光源部１１からの、Ｓ偏光の赤色光の射出経路は図１中の１１０１方向である。光源部１１からの、Ｐ偏光およびＳ偏光の緑色光とＳ偏光の青色光の出射経路は図１中の１１０２方向である。
【００１４】
図３は、光源部１１の構成を示すブロック図である。
光源部１１は、単色光を発生するＬＥＤ光源を備えるもので、緑色光を発生する２つのＬＥＤ光源３１と、赤色光を発生するＬＥＤ光源３２と、青色光を発生するＬＥＤ光源３３を備える。各ＬＥＤ光源に対してはＬＥＤ光を平行化するレンズ３０１がそれぞれ設けられている。
また、光源部１１は、ダイクロイックミラー３０２、３０３、フライアイレンズ３０４、３０５、偏光変換素子３０６、３０７、偏光ビームスプリッタ３０８、位相差板３０９を備えている。
ＬＥＤ光源には単色を発光するものを用いた。緑色を発光するＬＥＤ光源３１が２個設けられ、赤色を発光するＬＥＤ光源３２と青色を発光するＬＥＤ光源３３が１つずつ設けられている。このような赤、緑、青の帯域の色光を発するＬＥＤは容易に入手可能であり、非常に高輝度なものも知られている。
一般にＬＥＤの放射特性は前方方向に拡がりを持つので、ＬＥＤ光源の近傍にレンズ系を配置することで、ＬＥＤ光を有効に利用することができる。図３には単一のレンズ３０１が示されているが、必ずしも単一が最適という訳ではない。先ほど説明したようにＬＥＤ放射特性は前方方向に拡がりを持ち、その放射角度は大きなものであるため、レンズ系を複数個のレンズで構成しても良い。
【００１５】
ダイクロイックミラー３０３は、ＬＥＤ光源３１からの緑色光とＬＥＤ光源３２からの赤色光を合成するために使用されており、プロジェクタの光学系の部品としては周知の技術である。ダイクロイックミラー３０２は、ＬＥＤ光源３１からの緑色光とＬＥＤ光源３３からの青色光を合成するために使用されている。
フライアイレンズ３０４、３０５と組み合わされて使用される偏光変換素子３０６、３０７は、複数の位相差板を備えるもので、非偏光の光の偏光方向を統一するために液晶プロジェクタで一般的に使われている。
図３に示される光学系では、一方のＬＥＤ光源３１で発光した緑色の光と、ＬＥＤ光源３２で発光した赤色の非偏光光を偏光変換素子３０７によりＰ偏光光に統一している。他方のＬＥＤ光源３１で発光した緑色の光と、ＬＥＤ光源３３で発光した青色の光についてはフライアイレンズ３０４、３０５と偏光変換素子３０６とで、Ｓ偏光光に統一している。従って偏光変換素子３０７と３０６とで、備えている位相差板は、向きが互いに異なるものとなるように貼り付けられている。
【００１６】
図６は図３中の偏光ビームスプリッタ３０８の構成を示す図である。
偏光ビームスプリッタ３０８には、図６に示されるように、緑色と青色の帯域の光に対してＰ偏光を透過してＳ偏光を反射させる特性の偏光ビームスプリッタ６２と、赤色を反射し緑色を透過させる特性のダイクロイックミラー６１とが一体のものを用いた。このような偏光ビームスプリッタとしてはワイヤーグリッド型のものが実用化されている。
ダイクロイックミラー６１と偏光ビームスプリッタ６２は、近接配置され、所定の空気間隔をもって独立に配置されていても構わない。ワイヤーグリッド型の偏光ビームスプリッタは、一般的には透明基板などの片面にワイヤーグリッドが形成されており、ワイヤーグリッドが形成されていない側の平面にダイクロイックミラーを形成し、一体型とすることもできる。
上記のようにして、光源装置１１から射出する光は、Ｐ偏光の赤色光のみが、他の色光（Ｐ偏光およびＳ偏光の緑色光と、Ｓ偏光の青色光）と進行方向が異なる。これらは直交関係を保ちながら離れてゆく方向に進行する。なお、Ｐ偏光の赤色光は位相差板３０９により偏光方向がＳ偏光に変換されている。また、光源装置１１からの光は照明レンズ１０１や１０２、１０５、１０６、１０７などによりＤＭＤパネル１１１、１１２、１１３に結像照明をしている。
【００１７】
次に、本実施形態の動作について説明する。まず光源装置１１であるが、この光源装置１１からはＰ偏光およびＳ偏光の緑色光と、Ｓ偏光の青色光およびＳ偏光の赤色光が発生している。さらに、Ｓ偏光の緑色光と青色光は、点灯期間が重ならないように時分割で点灯していることが好ましい。これは、Ｓ偏光の緑色光と青色光が、ＤＭＤ１１１やＤＭＤ１２０に照射されるためである。点灯期間が重なったときには投射画像に色純度の低下が起こるので、点灯期間の重なりは許容される範囲に応じて設計仕様で定めてよい。また、光源部１１からのＳ偏光の赤色光とＰ偏光の緑色光は常時発光されている。
Ｓ偏光の赤色光は、照明レンズ１０２や照明レンズ１０６、そして途中に配置されているミラー１０４を介することによりＤＭＤ表示パネル１１２を照明する。なお、ＤＭＤ表示パネル１１２はＴＩＲプリズム１０９と組み合わされて配置されている。
【００１８】
図７は、本実施形態で用いられるＴＩＲプリズム１０８、１０９、１１０、１１９とＤＭＤ表示パネルの組み合わせ状態を示す図である。
各ＴＩＲプリズムは、図７に示すように２個の３角プリズム７０１，７０２が微小空気間隔を以て配置されている。入射光はプリズム７０１でＤＭＤ表示パネル７０３側に全反射する。ＤＭＤ表示パネル７０３で光変調された後の変調光がプリズム７０２で全反射して取出される構造である。光の進行方向としては、入射方向と射出方向とが同じ方向なので、光学系を直線的なレイアウトとすることが可能となり、本実施形態のようなクロスダイクロイックプリズムを用いる光学系には非常に都合が良い。
本実施形態において、赤色光はＤＭＤ表示パネル１１２で光変調された後、クロスダイクロイックプリズム１２１に入射し、他の光学系統からの光と合流し、投射レンズ１２２で拡大投射される。
【００１９】
次に、光源部１１から射出しているＰ偏光の緑色光について説明をする。Ｐ偏光の緑色光は常時発光されていて、照明レンズ１０１、１０７によりＤＭＤ表示パネル１１３を照明する。光路の折り曲げはワイヤーグリッド型の偏光ビームスプリッタ１０３を用いた。ワイヤーグリッド型の偏光ビームスプリッタ１０３は、偏光の振動方向に対してワイヤーの長手方向を所定の配置とすることにより、Ｐ偏光を反射させ、Ｓ偏光を透過させることができる。
ＤＭＤ表示パネル１１３による変調光はＴＩＲプリズム１１０により、他のＤＭＤ表示パネルによる変調光と同様にクロスダイクロイックプリズム１２１に入射し、光合成されて投射レンズ１２２で拡大投射される。
光源部１１からのＳ偏光の青色光とＳ偏光の緑色光は、照明レンズ１０１と１０５で第一の空間光変調器であるＤＭＤ表示パネル１１１を照明する。ＤＭＤ１１１にはＴＩＲプリズム１０８が配置されている。ＤＭＤ表示パネル１１１で光変調された光は、リレーレンズ系１１４、１１６、１１８で第二の空間光変調器であるＤＭＤ表示パネル１２０を照明する。リレーレンズ系の間には反射ミラー１１５、１１７が設けられ、照明光の進行経路を折り曲げている。また、ＤＭＤ表示パネル１２０の前には他のＤＭＤ表示パネルと同様にＴＩＲプリズム１１９が配置されている。
なお、第一の空間光変調器のＤＭＤ表示パネル１１１の解像度と第二の空間光変調器のＤＭＤ表示パネル１２０の解像度とは必ずしも同一である必要はない。また、ＤＭＤ表示パネルの表示領域サイズに関しても同一である必要はない。クロスダイクロイックプリズム１２１を取り囲む３つのＤＭＤ表示パネルに関しては同一仕様のＤＭＤ表示パネルであることが好ましい。
【００２０】
リレーレンズ系の光学パラメータは、第一の空間光変調器のＤＭＤ１１１と第二の空間光変調器の１２０とが共役の関係になるように決定されている。このような構成とすることで、通常の３板型のプロジェクタに比べて、明るさの大部分を決定する緑色光成分を２系統から得て利用できるので、緑色光量が増大し、結果として高輝度なプロジェクタを実現できている。
上記の理由について図８を参照して説明する。図８（ａ）はクロスダイクロイックプリズム１２１への入射光を示す図であり、図８（ｂ）はクロスダイクロイックプリズム１２１の透過特性を示す図である。
図８（ａ）に示すように、クロスダイクロイックプリズム１２１のＢ反射面にＰ偏光の緑色光とＳ偏光の緑色光とが入射する。図８（ｂ）はクロスダイクロイックプリズム１２１のＢ反射面の波長透過特性を示している。図示されるように、Ｓ偏光に対しては特性８０１のように緑色光の帯域を反射する特性に設計されており、Ｐ偏光に対しては特性８０２のように緑色光の帯域を透過するように設計されている。このような特性を有するクロスダイクロイックプリズムの作製は周知の技術で可能である。クロスダイクロイックプリズム１２１により、Ｐ偏光の緑色光とＳ偏光の緑色光とが合成されて投射レンズ１２２から出射されることになる。
【００２１】
本実施形態では、Ｓ偏光の緑色光および青色光は２度の光変調を経た上で画像投射がされている。なお、ＤＭＤ表示パネル１１３やＤＭＤ表示パネル１１２を照明する系統では、２度の光変調は実施されない。この２度の光変調は、コントラスの増大を招くことは周知である。Ｓ偏光の緑色光、青色光の系統に、連続発光の青色光が常時照射されているのなら、ＤＭＤ表示パネル１１１とＤＭＤ表示パネル１２０による２度の光変調により、青色投射画面は非常に大きなダイナミックレンジを得ていることになり、本実施形態のように青色光と緑色光とが時分割的に拡大投射される画像も大きなダイナミックレンジを得ていることになる。
２度の光変調を実施しない系統、本実施形態における、赤色用のＤＭＤ表示パネル１１２と緑色用のＤＭＤ表示パネル１１３の系統の画像が８ビットの階調表示を有していたとする。そして２度の光変調を実施する系統（ＤＭＤ表示パネル１１１およびＤＭＤ表示パネル１２０の照明系統）に関しても少なくとも８ビットの階調表示を確保すると考える。このときに、２度の光変調を実施する系統に関しては全体として８ビット２５６階調であればよい。つまり、第一の空間光変調器のＤＭＤ表示パネル１１１と第二の空間光変調器のＤＭＤ表示パネル１２０による光変調が、各々４ビット１６階調で行われるのであれば、掛け合わせで２５６階調が確保できたことになる。
【００２２】
上記の諧調表示を時間的な側面から考えてみる。２度の光変調を実施する系統は、緑色光と青色光とが交互に供給されている。例えば、映像フレームレートを６０Ｈｚとする。そして緑色光と青色光が各々半分ずつの光供給時間とする。これは（１６．７ｍｓ／２）≒８．３ｍｓずつということである。そして、この８．３ｍｓの時間が、２５６階調表示が十分に可能な時間とする。ここで、６０Ｈｚの映像フレームレートでの２色の切り替えはカラーブレーキング現象を認識できるレベルにある。なぜなら、カラーブレーキング現象を認識できないレベルとされるのは映像フレームレートで５４０Ｈｚ程度と言われているからである。
先述したように、第一の光変調と第二の光変調の合計で２５６階調を行う場合には、それぞれの光変調で１６階調の変調を行うことが必要である。概算するに、８．３ｍｓ／１６≒０．５２ｍｓが１階調表示に必要とされる時間ということになる。つまり２５６階調表示を二重変調で行う場合には０．５２ｍｓの期間で表示を行えば良いということを示している。緑色と青色が交互に表示されることを考慮してフレームレートに換算すると９６０Ｈｚほどである。映像フレームレートが６０Ｈｚから９６０Ｈｚへ高速化する。これは青色と緑色の切り替え時間が同様に高速化していることを意味する。９６０Ｈｚは、周知技術で指摘されている、カラーブレーキング現象を不快に感じないフレームレート５４０Ｈｚを遥かに上回る高速なものであり、カラーブレーキング現象が解消され、かつ、８ビットの階調表示品質も同時に満たされることを示している。
【００２３】
ところで、第一の空間光変調器であるＤＭＤ表示パネル１１１が配置される位置は、光源部１１からみて光学的に赤色用のＤＭＤ表示パネル１１２や緑色用のＤＭＤ表示パネル１１３と等距離な位置とされている。そしてこの第一の空間光変調器（ＤＭＤ表示パネル１１１）はリレーレンズ系１１４、１１６、１１８を介することにより第二の空間光変調器（ＤＭＤ表示パネル１２０）に結像している訳である。このような二重変調の構成としないであればリレーレンズ系と一つの光変調器のみが設けられる。
本実施形態の３板型の光学構成であるが、市販されている３板型の液晶プロジェクタで一般化されていることが示すように、クロスダイクロイックプリズムを用いてコンパクトな光学系を実現するには、リレーレンズ系は必須の構成となっている。本実施形態では、リレーレンズ系の両端に二重変調を行うための第一の空間光変調器、第二の空間光変調器が配置されている、このように、第二の空間光変調器以外には新たな光学系が追加されることはなく、二重変調を行わない一般的な３板型の液晶プロジェクタの光学系と大きな相違はないものとなっている。このことは、二重変調の構成をとり、この系統で発生が懸念されるカラーブレーキング現象をフレームレートの高速化、すなわち、色切り替え速度の高速化によって解消することとしても、光学系の大型化などの弊害を招来することなく、高画質、小型のプロジェクタを提供できることを示している。
【００２４】
なお、本実施形態のような二重変調を実施している系統の、第一の空間光変調器に用いるＤＭＤ表示デバイスは、第二の空間光変調器に用いるＤＭＤ表示パネルの解像度に比べて低い解像度のものを使用して良い。なぜなら、投射レンズの結像関係を考えれば分かることであるが、投射画像と光学系に共役なのは第二変調用のＤＭＤ表示パネルであるからである。
本実施形態の変形例としては、表示パネルをＤＭＤ表示パネルでなく、液晶パネルやＬＣＯＳパネルに変更することが挙げられ、このような構成としても本実施形態と同様の効果が期待できる。なお、液晶パネルを使用する場合にはＴＮ型液晶パネルを使用することを基本としている。
また、クロスダイクロイックプリズム周りの３つの表示パネルにＤＭＤ表示パネルを使用し、第一変調用の表示パネルにはＬＣＯＳパネルを使用することや、クロスダイクロイックプリズム周りの３つの表示パネルにＬＣＯＳパネルを使用し、第一変調用の表示パネルにＤＭＤ表示パネルを使用するなど、種類の異なる表示パネルを使用することも可能である。
【００２５】
図２は、本発明によるプロジェクタの第２の実施形態の光学系の構成を示すブロック図である。本実施形態は表示パネルに液晶表示パネルを用いたものである。
本実施形態では、赤色系統と緑色系統に赤色用液晶表示パネル２０３（第３の空間光変調器）と緑色用液晶パネル２０２（第４の空間光変調器）が設けられている。青色系統の、第一変調用、第二変調用に液晶表示パネル２０１（第１の空間光変調器）、液晶表示パネル２０４（第２の空間光変調器）が設けられている。
本実施形態では、空間光変調器が液晶表示パネルであることから、その前後には偏光板が設けられるが、図２では、偏光板は省略されている。この他の構成部品は図１に示した第１の実施形態と同様である。
クロスダイクロイックプリズム１２１を透過あるいは反射する光の偏光方向に関しては、Ｓ偏光光の赤色系統および青色系統はクロスダイクロイックプリズム１２１により反射され、Ｐ偏光光の緑色系統はクロスダイクロイックプリズム１２１を透過するようにクロスダイクロイックプリズム１２１が設計されているので、液晶表示パネルの前後に配置する偏光板に関しては、必要に応じて位相差板を追加して偏光方向の調整を行っている。
【００２６】
例えば、赤色系統の液晶表示パネル２０３には光源部１１からＳ偏光光が入射される。液晶表示パネル２０３の通過（変調）により偏光方向が９０度回転する。液晶表示パネル２０３を射出後にクロスダイクロイックプリズム１２１に入射する光の偏光方向をＳ偏光とする必要があるので、赤色用の液晶表示パネル２０３の入射側に使用する偏光板には位相差板を組み合わせて使用し、液晶表示パネル２０３にＰ偏光光が入射されて変調を行う構成としている。緑色系統、青色系統についても同様であり、偏光板、位相差板は、クロスダイクロイックプリズム１２１の透過、反射の設計を考慮して選択されている。
本実施形態の動作は第１の実施形態と同様であり、効果も同様である。青色系統として設けられた液晶表示パネル２０４には、青色光と緑色光とが時分割で照射される。液晶表示パネル２０４はカラーブレーキング現象を解消できるフレームレートで駆動され、青色光と緑色光に対応する画像の切り替えが実施されている。第一変調用の液晶パネル２０１と第二変調用の液晶パネル２０４による変調が掛け合わされ、コントラスト、ダイナミックレンジ、階調などが向上したものとなる。
二重変調の構成をとらない通常の方式であれば、フレームレートの高速化は、各色の映像表示期間の短縮を招くため、表示デバイス自体の応答特性の問題から十分な階調表示を行うことができない。本実施形態では、二重変調を行う構成により、ダイナミックレンジが増加し、８ビット相当の階調が維持され、カラーブレーキング現象を解消することができる。しかも、第１の実施形態でも説明したように、光学系の構成や大きさをほとんど変えることなく、小型の、カラーブレーキング現象のない高画質なプロジェクタを実現できる。
【００２７】
光源部１１は種々の変形が可能である。第１の実施形態および第２の実施形態では光源にＬＥＤを用いていたが、ＬＥＤ光源に加え、レーザー光源を追加して用いることも可能である。図５は赤色や緑色を発光する蛍光体の励起光源としてレーザー光源を用いた光源部１１の構成を示すブロック図である。
図５に示される光源部１１は、青色光を発光するレーザー光源５０１と、集光レンズ系５０５、５０６、５０９、５１０と、蛍光ホイール５０３、５０４と、ダイクロイックミラー５０７、５０８と、ＬＥＤ光源５０２と、コリメートレンズ５１１と、フライアイレンズ５１２、５１３、５１５、５１６と、偏光変換素子５０７、５１４と、偏光ビームスプリッタ５１８とを備える。
レーザー光源５０１は、蛍光ホイール５０４、５０３上に設けられた蛍光体（不図示）を励起し、可視光を得るためのものである。波長としては５２０ｎｍなどの青色光を用いることができる。使用する数としては単一でも複数でも良く、数が多くなるほど大きな光出力の励起光が得られるので、獲得できる蛍光もより大きなものとなる。
【００２８】
レーザー光源５０１からのレーザービームは、集光のための集光レンズ系５０５、５０６、５０９、５１０により集光され、蛍光ホイール５０３、５０４の蛍光体上に集光し、そこで蛍光が発生する。集光レンズ系５０５、５０６、５０９、５１０の光路中にはダイクロイックミラー５０７、５０８が配置されている。ダイクロイックミラー５０８は青色光を反射し、緑色光を透過させる特性を備え、ダイクロイックミラー５０７は赤色光を透過させ、青色光を反射させる特性を備えている。
蛍光ホイール５０３、５０４は、円盤状の基板に蛍光体が形成され、回転可能な構造のものである。蛍光体としては青色の励起光に対して、緑色光を含む蛍光を発する蛍光体ホイール５０４、と青色の励起光に対して、赤色光を含む蛍光を発する蛍光体ホイール５０３を使用した。
このような蛍光を発する蛍光体は製品化されており、入手可能な材料である。ＬＥＤ光源５０２は図３に示されたＬＥＤ光源３３と同様に青色を発光するものである。なお、このＬＥＤ光源５０２の代わりに青色のレーザー光源を使用することも可能である。フライアイレンズ５１２、５１３、５１５、５１６や偏光変換素子５０７、５１４、さらには偏光ビームスプリッタ５１８の動作は図３に示したものと同様である。
なお、偏光ビームスプリッタ５１８には、図６に示したようなダイクロイックミラーと偏光ビームスプリッタを複合したものを使用している。図５に示す光源部１１は、レーザー光源５０１の励起光により蛍光を得ているので、使用しているレーザー光源５０１の高出力化に応じて光源部１１からの光量を増大させることが可能であり、プロジェクタの高出力化、つまり、輝度アップを容易に行うことができるという効果がある。
【００２９】
図４Ａは本発明によるプロジェクタの第３の実施形態の光学系の構成を示すブロック図である。
本実施形態は、図１に示した第１の実施形態のうち、照明レンズ１０１，１０７、偏光ビームスプリッタ１０３、ＴＩＲプリズム１１０、および、ＤＭＤ表示パネル１１３を省いたものである。
図１に示した第１の実施形態においては、ＤＭＤ表示パネル１１１，１２０により二重変調された青色光画像と緑色光画像、ＤＭＤ表示パネル１１２により変調された赤色光画像、ＤＭＤ表示パネル１１３により変調された緑色光画像がクロスダイクロイックプリズム１２１で合成され、投射レンズ１２２により拡大投射されていたのに対し、本実施形態ではＤＭＤ表示パネル１１１，１２０により二重変調された青色光画像と緑色光画像、ＤＭＤ表示パネル１１２により変調された赤色光画像のみがクロスダイクロイックプリズム１２１で合成され、投射レンズ１２２により拡大投射される。
本実施形態を第１の実施形態と比較すると、ＤＭＤ表示パネル１１３を用いる緑色光画像を生成するための光学系統が無いため、小型化されたものとなっている。また、光源部１１の構成としても、第１の実施形態においては、偏光ビームスプリッタ１０３で反射されるＰ偏光の緑色光を出射する構成のものが採用されていたが、本実施形態においては、緑色Ｐ偏光を出射する必要はなく、Ｐ偏光の緑色光を出射するための構成も必要なくなるので、光源部１１の構成も簡素化できるものとなっている。
カラーブレーキング現象を解消する構成は第１の実施形態と同様であるため、説明は省略する。本実施形態においては、二重変調構成によりカラーブレーキング現象が抑制され、さらに小型化されたプロジェクタとすることができた。
【００３０】
図４Ｂは本発明によるプロジェクタの第４の実施形態の光学系の構成を示すブロック図である。
図４Ｂ中、光源部１１、照明レンズ１０２，１０６、反射ミラー１０４、ＴＩＲプリズム１０９、ＤＭＤ表示パネル１１２、および、投射レンズ１２２は図１に示したものと同様であるため、説明は省略する。
本実施形態において、青色光と緑色光が時系列に出射される経路には、照明レンズ４０５，４１８、ＤＭＤ表示パネル４１１，４２０、ＤＭＤ表示パネル４１１，４２０と組み合わされるＴＩＲプリズム４０８，４１９、反射ミラー４１５、ＤＭＤ表示パネル４１１とＤＭＤ表示パネル４２０を共役の関係とするレンズ４１８が設けられている。
本実施形態においては、合成される赤色の画像光と、青色および緑色の画像光が直交関係にあるため、ダイクロイックミラー４２１が画像合成素子として用いられている。本実施形態は、図４に示した実施形態と比較すると、光源部１１から青色の画像光を形成するためのＤＭＤ表示パネル４２０までの距離が赤色の画像光を形成するためのＤＭＤ表示パネル４２０までの距離と等しいものとされており、より小型化に適したものとなっている。
【符号の説明】
【００３１】
１１    光源部
１０１、１０２、１０５、１０６、１０７    照明レンズ
１０４    反射ミラー
１０３    偏光ビームスプリッタ１０３
１０８、１０９、１１０、１１９    ＴＩＲプリズム
１１１、１１２、１１３、１２０    ＤＭＤ表示パネル
１１４、１１６、１１８    レンズ
１１５、１１７    反射ミラー
１２１    クロスダイクロイックプリズム
１２２    投射レンズ
【図１】
2017054061.tif 000003
【図２】
2017054061.tif 000004
【図３】
2017054061.tif 000005
【図４Ａ】
2017054061.tif 000006
【図４Ｂ】
2017054061.tif 000007
【図５】
2017054061.tif 000008
【図６】
2017054061.tif 000009
【図７】
2017054061.tif 000010
【図８】
2017054061.tif 000011