JP2022192006A - 照明システム及び投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は照明光束を提供する照明システムに関する。
【解決手段】照明システムは光源モジュール及び光形状調整モジュールを含む。光源モジュールは第一光束を発する。光形状調整モジュールは第一光束の伝達経路上に位置し、かつ第一光束の光形状を調整する。光形状調整モジュールは第一光拡散素子、第二光拡散素子及び第一レンズ素子を含む。第一光束が第一光拡散素子、第一レンズ素子及び第二光拡散素子を順に経由した後、照明光束を形成する。前記照明システムを有する投影装置は、画像の均一度及び色の均一度を高めとともに、画像に重複画像が出現することを低減し、画像の表示品質を高めることができる。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は光学装置に関し、特に、照明システムを有しする投影装置に関し、ライトフィールドディスプレイに応用される。

表示技術の進歩及びハイテクノロジーに対する人々の期待から、ニアアイディスプレイ（Ｎｅａｒ Ｅｙｅ Ｄｉｓｐｌａｙ，ＮＥＤ）及びヘッドマウント式ディスプレイ（Ｈｅａｄ－ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ，ＨＭＤ）は今最も発展可能性を有する製品とされている。ニアアイ表示技術の関連応用として、今は拡張現実（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ，ＡＲ）技術及び仮想現実（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ，ＶＲ）技術に分類されている。また、ライトフィールドニアアイディスプレイ（Ｌｉｇｈｔ ｆｉｅｌｄ ｎｅａｒ ｅｙｅ ｄｉｓｐｌａｙ，ＬＦＮＥＤ）はリアルタイムのライトフィールド情報を有し、適合的眼球離反運動の不一致（Ｖｅｒｇｅｎｃｅ－Ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｌｉｃｔ，ＶＡＣ）問題を解決することが可能で、かつこれにより奥行（深さ）を有する画像情報を提供できるため、ニアアイ表示技術の拡張現実技術及び仮想現実技術に応用されている。

空間多重化のライトフィールドディスプレイにおいて、表示素子のフィールド画像が光学素子、例えば、マイクロレンズアレイ（Ｍｉｃｒｏ‐Ｌｅｎｓ Ａｒｒａｙ）を透過し、視差画像を網膜上に重ねることで、ユーザに奥行のあるライトフィールド画像を見せることができる。しかし、表示素子で生成された画像光束の角度が比較的に大きい場合、隣接するマイクロレンズ素子から投射されて重複画像（ｏｖｅｒｌａｐｐｉｎｇ ｉｍａｇｅｓ）、例えばゴースト（ｇｈｏｓｔ ｉｍａｇｅ）が発生し、ライトフィールドディスプレイの画像品質低下を来すことがある。

この「背景技術」部分は本発明内容に対する理解を促すものであり、「背景技術」に開示された内容には当業者が既知の従来技術以外の一部構成が含まれている可能性がある。「背景技術」に開示された内容は、当該内容または本発明の一つ若しくは複数の実施例が解決しようとする課題が本発明の出願前に既に当業者に把握または認識されていたことを意味するものではない。

「背景技術」部分は本発明内容に対する理解を促すためのものであり、「背景技術」に開示された内容には当業者が既知の従来技術以外の一部構成が含まれている可能性がある。「背景技術」に開示された内容は、当該内容または本発明の一つ若しくは複数の実施例が解決しようとする課題が本発明の出願前に既に当業者に把握または認識されていたことを意味するものではない。

本発明は、優れた表示品質を有する照明システム及び投影装置を提供する。

本発明のその他の目的と利点について、本発明が開示する技術特徴からさらに理解を深めることができる。

前記一つ、一部若しくはすべての目的、またはその他の目的を実現するために、本発明は照明光束を提供する照明システムを提供する。照明システムは光源モジュール及び光形状調整モジュールを含む。光源モジュールは第一光束を発する。光形状調整モジュールは第一光束の伝達経路上に位置し、かつ第一光束の光形状を調整する。光形状調整モジュールは第一光拡散素子、第二光拡散素子及び第一レンズ素子を含む。第一光束は第一光拡散素子、第一レンズ素子及び第二光拡散素子を順に経由した後、照明光束を形成する。

前記一つ、一部若しくはすべての目的、またはその他の目的を実現するために、本発明は照明システム及び結像システムを含む投影装置を提供する。照明システムは照明光束を発する。照明システムは光源モジュール及び光形状調整モジュールを含む。光源モジュールは第一光束を発する。光形状調整モジュールは第一光束の伝達経路上に位置し、かつ第一光束の光形状を調整する。光形状調整モジュールは第一光拡散素子、第二光拡散素子及び第一レンズ素子を含む。第一光束は第一光拡散素子、第一レンズ素子及び第二光拡散素子を順に経由した後、照明光束を形成する。結像システムは照明光束の伝達経路上に配置される。結像システムは反射式光バルブを含み、反射式光バルブは照明光束の伝達経路上に配置され、反射式光バルブは照明光束を画像光束に変換する。

以上により、本発明の実施例は少なく以下の利点と効果の一つを有する。本発明の照明システムにおいて、光形状調整モジュールは第一光拡散素子、第二光拡散素子及び第一レンズ素子を含み、個別な画像ユニットに対応する十分な照明を提供することができ、優れた発光均一度及び画像色の均一度を提供することができ、ライトフィールドディスプレイに発生する重複画像を減らし、画像表示品質を高めることができる。

本発明の前記特徴と利点をより明確、分かりやすく示すために、以下は実施例を挙げて、かつ図面を参照しながら詳しく説明する。

本発明の一実施例の投影装置の概略図。 図１Ａの投影装置の照明システムの概略図。 本発明の一実施例の光源モジュールの概略図。 比較例の投影装置の部分的概略図。 図３Ａの投影装置のサブ照明領域の概略図。 本発明の一実施例の投影装置の部分的概略図。 図４Ａの投影装置のサブ照明領域の概略図。 本発明の実施例の光拡散素子の概略図。 本発明の実施例の異なる光拡散素子の概略図。 本発明の実施例の異なる光拡散素子の概略図。

本発明の前記及びその他の技術内容、特徴と効果について、以下の図面を参照した好ましい実施例の詳細説明において明確に示すとする。以下の実施例で言及びされる方向用語、（例えば、上、下、左、右、前または後ろ等）は図面を参照する方向のみである。従って、これらの方向用語は説明目的によるものであり、本発明を制限するものではない。

図１Ａは本発明の一実施例の投影装置の概略図である。図１Ｂは図１Ａの投影装置の照明システムの概略図である。図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、本実施例において、投影装置１０は照明システム１００及び結像システム２００を含む。一部の実施例において、本実施例の投影装置１０がユーザの少なくとも一つの目の前方に配置されるニアアイ表示装置であってもよい。一部の実施例において、本実施例の投影装置１０がユーザに奥行のあるライトフィールド画像を見せることができるライトフィールド（Ｌｉｇｈｔ Ｆｉｅｌｄ）表示装置であってもよい。

照明システム１００は照明光束ＩＬを発し、照明光束ＩＬを結像システム２００に提供する。照明システム１００は光源モジュール１１０及び光形状調整モジュール１２０を含む。なお、光源モジュール１１０は第一光束Ｉ１を発し、光形状調整モジュール１２０が第一光束Ｉ１の伝達経路上に位置し、かつ第一光束Ｉ１の光形状を調整する。光形状調整モジュール１２０は第一光拡散素子１２１、第二光拡散素子１２２及び第一レンズ素子１２３を含む。第一光束Ｉ１は第一光拡散素子１２１、第一レンズ素子１２３及び第二光拡散素子１２２を順に経由した後、照明光束ＩＬを形成する。本文において、光形状は例えば光束の断面形状であり、光形状調整モジュールは光点の断面形状及びサイズを調整することができる。本発明の実施例において、照明システムは光形状調整モジュール１２０の特定配置により、第一光束Ｉ１の光形状を適宜調整し、投影装置がより優れた画像表示効果を提供することができる。

図１Ｂを参照する。本実施例において、第一光束Ｉ１がコリメーター光束（ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ ｌｉｇｈｔ ｂｅａｍ）である。本実施例において、第一レンズ素子１２３が第一光拡散素子１２１及び第二光拡散素子１２２の間に位置する。従って、第一光束Ｉ１が光源モジュール１１０から射出された後、第一光拡散素子１２１、第一レンズ素子１２３及び第二光拡散素子１２２を順に経由して、照明光束ＩＬを形成する。

詳しく言うと、第一光束Ｉ１が複数個の第一サブ光束Ｉ１Ｓを提供し、第一光拡散素子１２１が複数個の第一サブ光束Ｉ１Ｓの伝達経路上に位置する。複数個の第一サブ光束Ｉ１Ｓが第一光拡散素子１２１を経由した後、複数個の第二サブ光束Ｉ２Ｓ（第二光束Ｉ２）を形成する。なお、第一サブ光束Ｉ１Ｓがそれぞれ第一単位光発散角θ１を有し、第二サブ光束Ｉ２Ｓがそれぞれ第二単位光発散角θ２を有する。第一光拡散素子１２１は微構造式拡散シート、表面散乱式拡散シート、体積散乱式（ｖｏｌｕｍｅ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）拡散シート、回折光学素子（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ，ＤＯＥ）と液晶式拡散シート中の何れか一つを含むことが可能であり、第一光拡散素子１２１が第一サブ光束Ｉ１Ｓの第一単位光発散角を拡散させて（即ち、サブ光束の開口数（ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｐｅｒｔｕｒｅ，ＮＡ）を増やして）、複数個の第二サブ光束Ｉ２Ｓを形成する。従って、第二サブ光束Ｉ２Ｓの第二単位光発散角θ２が第一サブ光束Ｉ１Ｓの第一単位光発散角θ１より大きい。また、図１Ｂが示すように、本実施例において、第一光束Ｉ１がコリメーター光束であるため、各第一サブ光束Ｉ１Ｓの第一単位光発散角θ１が０度に近い。一方、第一光拡散素子１２１により、第一光束Ｉ１の複数個の第一サブ光束Ｉ１Ｓが特定角度の発散角を有する光束、例えば複数個の第二サブ光束Ｉ２Ｓになる。本文における単位光発散角とは、光束の光円錐角度である。

図５Ａないし５Ｃは本発明の実施例の異なる光拡散素子を示す概略図である。第一光拡散素子１２１を例にすると、図５Ａが示すように、一部の実施例において、第一光拡散素子１２１が複数個の微構造発散ユニット１２１ｕを有する微構造式拡散シート１２１ａを含んでもよい。微構造発散ユニット１２１ｕのサイズが１０マイクロメートル（μｍ）から５００マイクロメートル（μｍ）の間にある。一部の実施例において、微構造発散ユニット１２１ｕのサイズが１０マイクロメートル（μｍ）から１００マイクロメートル（μｍ）の間にある。一部の実施例において、図５Ｂが示すように、光拡散素子１２１が表面散乱式拡散シート１２１ｂであり、その表面に複数個の凹凸のある構造を有し、光束の単位光発散角を拡散することができる。また、一部の実施例において、図５Ｃが示すように、光拡散素子１２１が体積散乱式拡散シート１２１ｃであり、その内部に複数個の散乱粒子ＰＡを有するため、サブ光束の単位光発散角を拡散することができる。

本実施例において、第一レンズ素子１２３及び第二光拡散素子１２２は複数個の第二サブ光束Ｉ２Ｓの伝達経路上に位置する。複数個の第二サブ光束Ｉ２Ｓは第一レンズ素子１２３及び第二光拡散素子１２２を順に経由した後、照明光束ＩＬの複数個のサブ照明光束ＩＬＳを形成する。

詳しく言うと、第一光拡散素子１２１は第一レンズ素子１２３と光源モジュール１１０の間に位置し、かつ、第一光拡散素子１２１と第一レンズ素子１２３の間の相対位置及び第一レンズ素子１２３の光学性質の適切な配置により、第一光拡散素子１２１が第一レンズ素子１２３のレンズ前に虚像光源ＶＳを形成する。従って、複数個の第二サブ光束Ｉ２Ｓが第一レンズ素子１２３を通過する時に、複数個の第二サブ光束Ｉ２Ｓが第一レンズ素子１２３によって偏向（屈折）され、複数個の第二サブ光束Ｉ２Ｓがそれぞれ第一レンズ素子１２３のレンズ前の結像面上に複数個のサブ虚像光源ＶＳＳを形成する。ここで、複数個のサブ虚像光源ＶＳＳが重なり合って虚像光源ＶＳを形成する。虚像光源ＶＳを光源の等価発光面と見なすことができ、この等価発光面が比較的に優れた発光均一度を有するため、光混合効果が得られ、結像システム２００を経由して瞳（人の目）Ｐまで投射された画像光束ＩＭの色の均一度をさらに高めることができる。一部の実施例において、第一レンズ素子１２３が単体の正屈折性レンズ（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｄｉｏｐｔｅｒ ｌｅｎｓ）または単体の負屈折性レンズ（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｄｉｏｐｔｅｒ ｌｅｎｓ）を含んでもよい。別の一部実施例において、第一レンズ素子１２３が二つ以上のレンズによって構成されたレンズユニットを含んでもよい。例を挙げると、第一レンズ素子１２３が単体の正屈折性レンズを含み、第一光拡散素子１２１が第一レンズ素子１２３の焦点距離内に位置して、第一光拡散素子１２１の各部分がそれぞれ拡大されたサブ虚像光源ＶＳＳを形成してもよい。図１Ｂ中の虚像光源ＶＳの大きさが第一光拡散素子１２１のサイズに近似し、虚像光源ＶＳの位置が第一光拡散素子１２１と第一レンズ素子１２３との間にある。その他の実施例において、虚像光源ＶＳのサイズと位置について、本発明は制限しない。

複数個の第二サブ光束Ｉ２Ｓが第一レンズ素子１２３を経由した後、さらに第二光拡散素子１２２を経由して照明光束ＩＬの複数個のサブ照明光束ＩＬＳを形成する。なお、複数個の第二サブ光束Ｉ２Ｓが第一レンズ素子１２３を経由した後、第三単位光発散角θ３を有する。具体的に言うと、第一レンズ素子１２３を経由して第三単位光発散角θ３を有する複数個の第二サブ光束Ｉ２Ｓを虚像光源ＶＳから出射された光束と見なすことができる。第三単位光発散角θ３を有する複数個の第二サブ光束Ｉ２Ｓが第二光拡散素子１２２を通った後、サブ照明光束ＩＬＳがそれぞれ第四単位光発散角θ４を有する。第二光拡散素子１２２は微構造式拡散シート、表面散乱式拡散シート、体積散乱式拡散シート、回折光学素子（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ，ＤＯＥ）と液晶式拡散シート中の任意一つを含み、第二サブ光束Ｉ２Ｓの単位光発散角を拡大して（サブ光束の開口数を増やして）、複数個のサブ照明光束ＩＬＳを形成する。従って、各サブ照明光束ＩＬＳの第四単位光発散角θ４は各第二サブ光束Ｉ２Ｓが第一レンズ素子１２３を経由した後の第三単位光発散角θ３より大きい。第一光拡散素子１２１と同じように、第二光拡散素子１２２も図５Ａないし図５Ｃが示した異なる形式の光拡散素子を含んでもよい。本発明は第一光拡散素子１２１または第二光拡散素子１２２の形式と種類を制限しない。

再度図１Ａを参照する。結像システム２００は照明光束ＩＬの伝達経路上に配置されている。本実施例において、結像システム２００は反射式光バルブ２１０、マイクロレンズアレイ２２０、導光素子２３０及び第二レンズ素子２４０を含む。反射式光バルブ２１０は照明光束ＩＬを画像光束ＩＭに変換する。反射式光バルブ２１０は反射式のシリコン基板液晶（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ，ＬＣＯＳ）またはデジタルマイクロミラー素子（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ－ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ，ＤＭＤ）等であって、光バルブ２１０はさらに１／４波長板を含んでもよい。本発明はこれについて限定しない。マイクロレンズアレイ２２０は複数個のマイクロレンズ２２０ａを含む。本実施例において、導光素子２３０が偏光ビームスプリッター（Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ，ＰＢＳ）であってもよいが、本発明はこれに限定されない。反射式光バルブ２１０、マイクロレンズアレイ２２０、導光素子２３０及び第二レンズ素子２４０が照明光束ＩＬの伝達経路上に配置され、第二光拡散素子１２２からの照明光束ＩＬが導光素子２３０、第二レンズ素子２４０、マイクロレンズアレイ２２０を順に経由して、反射式光バルブ２１０まで伝達される。

具体的に言うと、図１Ａが示すように、本実施例において、導光素子２３０は例えば偏光ビームスプリッター（ Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）であり、導光素子２３０が第一表面Ｓ１、第二表面Ｓ２及び第三表面Ｓ３を含み、第一表面Ｓ１が第二表面Ｓ２と第三表面Ｓ３に接続され、かつ第二表面Ｓ２と第三表面Ｓ３が互いに対向する。なお、照明光束ＩＬが第一偏光方向（例えば、Ｓ極偏光方向）を有し、照明光束ＩＬが第一表面Ｓ１から導光素子２３０に入った後、導光素子２３０が照明光束ＩＬを反射することで、この照明光束ＩＬが第二表面Ｓ２から導光素子２３０を離れる。続いて、照明光束ＩＬが第二レンズ素子２４０及びマイクロレンズアレイ２２０を経由して、反射式光バルブ２１０まで投射される。本実施例において、第二レンズ素子２４０及びマイクロレンズアレイ２２０が導光素子２３０の第二表面Ｓ２と反射式光バルブ２１０との間に位置し、かつ、マイクロレンズアレイ２２０が第二レンズ素子２４０と反射式光バルブ２１０との間に位置する。反射式光バルブ２１０が入射された照明光束ＩＬを画像光束ＩＭに変換する。具体的に言うと、本実施例において、反射式光バルブ２１０は複数個の画像ユニット２１０ａを含む。各画像ユニット２１０ａが何れも複数個の画素を含み、これらの画素が一つの画像画面に対応してもよい。複数個の画像ユニット２１０ａがそれぞれ異なる画像画面に対応してもよく、例えば、深さ（奥行き）が異なる多層画像に対応する。本実施例において、マイクロレンズアレイ２２０中の一つのマイクロレンズ２２０ａが一つの画像ユニット２１０ａに対応してもよい。照明光束ＩＬがマイクロレンズアレイ２２０中の複数個のマイクロレンズ２２０ａを経由して、反射式光バルブ２１０上に複数個のサブ照明領域を形成し（以下の図４Ａ、４Ｂの説明通り）、個別のサブ照明領域がそれぞれ一つの画像ユニット２１０ａに対応し、当該対応する画像ユニット２１０ａに必要な照明光束ＩＬを提供する。従って、反射式光バルブ２１０によって変換された画像光束ＩＭは複数個の画像画面を示すことができる。

画像光束ＩＭは第二偏光方向（例えば、Ｐ極偏光方向）を有し、第二偏光方向が第一偏光方向に対し垂直である。マイクロレンズアレイ２２０、導光素子２３０及び第二レンズ素子２４０が画像光束ＩＭの伝達経路上に位置する。画像光束ＩＭはマイクロレンズアレイ２２０、第二レンズ素子２４０及び導光素子２３０を順に経由して、瞳Ｐまで伝達される。

具体的に言うと、図１Ａが示すように、本実施例において、画像光束ＩＭがマイクロレンズアレイ２２０、第二レンズ素子２４０を経由して、導光素子２３０まで伝達され、かつ第二表面Ｓ２から導光素子２３０に入り、導光素子２３０を透過する。その後、画像光束ＩＭが導光素子２３０の第三表面Ｓ３から導光素子２３０を離れ、瞳Ｐまで伝達される。例を挙げると、本実施例において、瞳Ｐが結像システム２００の射出瞳（Ｅｍｅｒｇｅｎｔ Ｐｕｐｉｌ）の位置またはユーザの目の瞳孔の位置であってもよい。一部の実施例において、瞳Ｐの位置がユーザの目の瞳孔である場合、投影装置を仮想現実（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ，ＶＲ）または拡張現実（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ，ＡＲ）に応用することができる。別の実施例中において、瞳Ｐがユーザの目の瞳孔ではなく、瞳Ｐの位置に絞りを設置してもよい。絞りは実体的な絞り、例えば孔を有するプレートであってもよいが、本発明はこれに限定されない。一部の実施例において、投影装置はさらに光導波路素子を含むこともでき、画像光束ＩＭが絞りを通過し、かつ光導波路素子を経由してユーザの目まで伝達される。また、一実施例において、瞳Ｐの位置を第二レンズ素子２４０の焦点のところに設置し、テレセントリック（ｔｅｌｅｃｅｎｔｒｉｃ）式の光学構造を構成してもよい。

さらに言うと、図１Ａが示すように、本実施例において、照明光束ＩＬは光結像整合角ＭＡを有し、照明光束ＩＬの光結像整合角ＭＡが投影装置１０の瞳Ｐの視角ＦＯＶと整合する。詳しく言うと、照明光束ＩＬは導光素子２３０の第一表面Ｓ１から入る時の角度と画像光束ＩＭが導光素子２３０を経由して第三表面Ｓ３から離れる角度とが互いに対応し、つまり、角度が略同じである。かつ、照明光束ＩＬが導光素子２３０の第一表面Ｓ１から入る時の光形状と画像光束ＩＭが導光素子２３０を経由して第三表面Ｓ３から離れる光の形状が類似し、例えば、光形状の断面積が比例する。このように、照明光束ＩＬの光結像整合角ＭＡが瞳Ｐの視角ＦＯＶと整合することで、結像システム２００における必要な視角ＦＯＶを形成する光路設計のニーズを満たすことができる。

図２は本発明の一実施例の光源モジュール１１０の概略図である。本実施例の光源モジュール１１０は、例えば図１Ａ及び図１Ｂの実施例において光源モジュール１１０として使用される。本実施例において、光源モジュール１１０は第一発光素子１１１、第二発光素子１１２及び第三発光素子１１３を含む。なお、第一発光素子１１１が赤色光レーザーダイオード（ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ）素子であり、第一色光ＩＲ（例えば赤色光）を発し、第二発光素子１１２が緑色光レーザーダイオード素子であり、第二色光ＩＧ（例えば緑色光）を発し、第三発光素子１１３が青色光レーザーダイオード素子であり、第三色光ＩＢ（例えば青色光）を発する。別の実施例において、第一発光素子１１１、第二発光素子１１２及び第三発光素子１１３が適切に配置された発光ダイオード光源、マイクロ発光ダイオードまたは有機発光ダイオード素子を含んでもよい。

第一発光素子１１１、第二発光素子１１２及び第三発光素子１１３にそれぞれコリメーター素子１１１ａ、コリメーター素子１１２ａ、コリメーター素子１１３ａを組み合わせて、それぞれコリメーター素子１１１ａ、コリメーター素子１１２ａ、コリメーター素子１１３ａを経由した第一色光ＩＲ光束、第二色光ＩＧ光束と第三色光ＩＢ光束を全てコリメーター光束にすることもできる。

また、本実施例において、光源モジュール１１０が分光アセンブリ１１４を含んでもよい。分光アセンブリ１１４がダイクロイックプリズム（ｄｉｃｈｒｏｉｃ ｐｒｉｓｍ）またはダイクロイックミラー（ｄｉｃｈｒｏｉｃ ｍｉｒｒｏｒ）であってもよい。図２が示すように、分光アセンブリ１１４が第一発光素子１１１、第二発光素子１１２及び第三発光素子１１３に対応して配置され、分光アセンブリ１１４が第一色光ＩＲ光束、第二色光ＩＧ光束と第三色光ＩＢ光束の伝達経路上に位置し、かつ、分光アセンブリ１１４が第一界面１１４ａ、第二界面１１４ｂ及び第三界面１１４ｃを含む。第一界面１１４ａが第一色光ＩＲ光束を反射し、第二界面１１４ｂが第一色光ＩＲ光束を透過させ、かつ第二色光ＩＧ光束を反射し、第三界面１１４ｃが第一色光ＩＲ光束及び第二色光ＩＧ光束を透過させ、かつ第三色光ＩＢ光束を反射する。分光アセンブリ１１４を経て、第一色光ＩＲ光束、第二色光ＩＧ光束及び第三色光ＩＢ光束が集合して第一光束Ｉ１になる。これにより、光源モジュール１１０が平行であり、かつ異なる色光を含む第一光束Ｉ１を提供することができる。

図３Ａは一比較例の投影装置２０の部分的概略図である。図３Ｂは図３Ａの投影装置２０のサブ照明領域の概略図である。図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、比較例において、投影装置２０は図１Ａの投影装置１０に類似するが、投影装置２０が第二光拡散素子１２２を含まない点において相違する。従って、投影装置２０において、照明光束ＩＬ’の光形状が図１Ａの投影装置１０中の照明光束ＩＬと異なる。投影装置２０は反射式光バルブ２１０、マイクロレンズアレイ２２０、導光素子２３０及び第二レンズ素子２４０を含む。反射式光バルブ２１０、マイクロレンズアレイ２２０、導光素子２３０及び第二レンズ素子２４０が照明光束ＩＬ’の伝達経路上に配置され、照明光束ＩＬ’が導光素子２３０、第二レンズ素子２４０、マイクロレンズアレイ２２０を順に経由して、反射式光バルブ２１０まで伝達される。

詳しく言うと、照明光束ＩＬ’がマイクロレンズアレイ２２０中のマイクロレンズ２２０ａを経由して、反射式光バルブ２１０上に複数個のサブ照明領域Ａ’を形成する。複数個のサブ照明領域Ａ’がそれぞれ対応する画像ユニットの照明を提供する。図３Ａ及び図３Ｂにおいて、マイクロレンズアレイ２２０が１５個のマイクロレンズを含む例が示されている。照明光束ＩＬ’が複数個のサブ照明光束を含むものと見なすことができ、図３Ａ及び図３Ｂが示すように、比較例において、照明光束ＩＬ’の各サブ照明光束の主光線ＩＬＳＭ’がマイクロレンズアレイ２２０中の対応するマイクロレンズ２２０ａを経由して、反射式光バルブ２１０上の各画像ユニット２１０ａ中の一つの小さい領域まで投射される。従って、照明光束ＩＬ’が反射式光バルブ２１０上に形成する個別なサブ照明領域Ａ’が一つの小さい範囲の領域のみをカバーする。この場合、照明光束ＩＬ’は反射式光バルブ２１０上の各画像ユニット２１０ａの主要部分に対し必要な照明を提供することが困難である。

図４Ａは本発明の一実施例の投影装置１０の部分的概略図である。図４Ｂは図４Ａの投影装置１０のサブ照明領域の概略図である。図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、本実施例において、投影装置１０は図１Ａの投影装置１０に類似するものである。図４Ａが示すよう、投影装置１０は反射式光バルブ２１０、マイクロレンズアレイ２２０、導光素子２３０及び第二レンズ素子２４０を含む。反射式光バルブ２１０、マイクロレンズアレイ２２０、導光素子２３０及び第二レンズ素子２４０が照明光束ＩＬの伝達経路上に配置され、照明光束ＩＬが導光素子２３０、第二レンズ素子２４０、マイクロレンズアレイ２２０を順に経由して、反射式光バルブ２１０まで伝達され、かつ、照明光束ＩＬがマイクロレンズアレイ２２０中の対応するマイクロレンズ２２０ａを経由して、反射式光バルブ２１０上に複数個のサブ照明領域Ａを形成し、各サブ照明領域Ａがそれぞれ反射式光バルブ２１０上の一つの画像ユニットに対応する。

図３Ａ及び図３Ｂが示す比較例と異なる点は、投影装置１０が第二光拡散素子１２２を含む。比較例の照明光束ＩＬ’に対し、第二光拡散素子１２２が照明光束ＩＬ中の複数個のサブ照明光束の単位光発散角を拡大させる（即ち、サブ光束の開口数を増やす）。かつ、本実施例において、各素子の適切な配置により、照明光束ＩＬが第二レンズ素子２４０及びマイクロレンズアレイ２２０中のマイクロレンズ２２０ａを経由した後、照明光束ＩＬの各サブ照明光束の主光線ＩＬＳＭが反射式光バルブ２１０に投射される前に平行光である。この場合、サブ照明領域Ａのサイズを対応する画像ユニット２１０ａのサイズに整合させることができ、対応する画像ユニット２１０ａに必要な照明光束ＩＬを十分に提供し、同時に、反射された画像光束が隣接するマイクロレンズ２２０ａから投射されることをかなり低減できるため、重複画像を減らし、投影装置の画像品質を高めることができる。さらに言うと、サブ照明領域Ａのサイズが対応する画像ユニット２１０ａのサイズに整合するとは、サブ照明領域Ａのサイズが対応する画像ユニット２１０ａのサイズより大きいまたは等しいこと、サブ照明領域Ａが画像ユニット２１０ａの領域をカバーすることであってもよい。

以上を纏めると、本発明の実施例の照明システムにおいて、光形状調整モジュールが第一光拡散素子、第二光拡散素子及び第一レンズ素子を含み、光源モジュールからのコリメーター光束の光形状を調整し、照明システムに優れた発光均一度をもたらすことができ、かつ、当該照明システムが照明光束を結像システムに提供する時に、サブ照明光束の主光線が反射式光バルブに投射する前に平行光であり、かつ、サブ照明領域のサイズが対応する画像ユニットのサイズに整合するため、各画像ユニットに必要な照明光束を十分に提供するとともに、重複画像を低減し、投影装置の画像品質を高めることができる。

以上は本発明の好ましい実施例に過ぎず、これを以って本発明の実施範囲を制限すべきではない。即ち、本発明の請求の範囲及び発明の内容を基に行った簡単かつ等価な変更と修正はすべて本発明の範囲内に属する。また、本発明の任意の実施例または請求項は必ずしも本発明で開示されたすべての目的または利点または特徴を備えるとは限らない。また、要約書と発明の名称は特許文献検索に利用されるものであり、本発明の権利範囲を制限するものではない。また、明細書または請求の範囲で言及される「第一」、「第二」等の用語は素子（ｅｌｅｍｅｎｔ）の名称を示し、または異なる実施例や範囲を区別するものであり、素子の数の上限または下限を制限するものではない。

１０、２０ 投影装置
１００ 照明システム
１１０ 光源モジュール
１１１ 第一発光素子
１１１ａ、１１２ａ、１１３ａ コリメーター素子
１１２ 第二発光素子
１１３ 第三発光素子
１１４ 分光アセンブリ
１１４ａ 第一界面
１１４ｂ 第二界面
１１４ｃ 第三界面
１２０ 光形状調整モジュール
１２１ 第一光拡散素子
１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ 拡散シート
１２１ｕ 微構造発散ユニット
１２２ 第二光拡散素子
１２３ 第一レンズ素子
２００ 結像システム
２１０ 反射式光バルブ
２１０ａ 複数個の画像ユニット
２２０ マイクロレンズアレイ
２２０ａ マイクロレンズ
２３０ 導光素子
２４０ 第二レンズ素子
ＦＯＶ 視角
Ａ、Ａ’ 複数個のサブ照明領域
Ｉ１ 第一光束
Ｉ１Ｓ 第一サブ光束
Ｉ２ 第二光束
Ｉ２Ｓ 第二サブ光束
ＩＬ、ＩＬ’ 照明光束
ＩＬＳ サブ照明光束
ＩＬＳＭ、ＩＬＳＭ’ 主光線
ＩＭ 画像光束
ＩＲ 第一色光
ＩＧ 第二色光
ＩＢ 第三色光
ＭＡ 光結像整合角
Ｐ 瞳
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ 表面
ＶＳ 虚像光源
ＶＳＳ サブ虚像光源
θ１ 第一単位光発散角
θ２ 第二単位光発散角
θ３ 第三単位光発散角
θ４ 第四単位光発散角

Claims (19)

1. 照明システムであって、
   前記照明システムは照明光束を提供し、
   前記照明システムは光源モジュールと光形状調整モジュールを含み、
   前記光源モジュールは第一光束を発し、
   前記光形状調整モジュールは前記第一光束の伝達経路上に位置し、かつ、前記第一光束の光形状を調整し、
   前記光形状調整モジュールは第一光拡散素子、第二光拡散素子及び第一レンズ素子を含み、
   前記第一光束は前記第一光拡散素子、前記第一レンズ素子及び前記第二光拡散素子を順に経由した後、前記照明光束を形成することを特徴とする、照明システム。
2. 前記第一レンズ素子は前記第一光拡散素子と前記第二光拡散素子との間に位置することを特徴とする、請求項１に記載の照明システム。
3. 前記第一レンズ素子のレンズ前に虚像光源が形成されることを特徴とする、請求項１に記載の照明システム。
4. 前記第一光束は複数個の第一サブ光束を有し、
   前記第一光拡散素子は前記複数個の第一サブ光束の伝達経路上に位置し、前記複数個の第一サブ光束が前記第一光拡散素子を経由した後、複数個の第二サブ光束を形成することを特徴とする、請求項１に記載の照明システム。
5. 前記複数個の第二サブ光束はそれぞれ前記第一レンズ素子のレンズ前に複数個のサブ虚像光源を形成し、前記複数個のサブ虚像光源が重なり合うことを特徴とする、請求項４に記載の照明システム。
6. 前記第一光束はコリメーター光束であることを特徴とする、請求項１に記載の照明システム。
7. 前記光源モジュールは第一発光素子、第二発光素子及び第三発光素子を含み、
   前記第一発光素子は第一色光を発し、前記第二発光素子は第二色光を発し、前記第三発光素子は第三色光を発することを特徴とする、請求項１に記載の照明システム。
8. 前記第一光拡散素子と前記第二光拡散素子はそれぞれ微構造式拡散シート、表面散乱式拡散シート、体積散乱式拡散シート、回折光学素子及び液晶式拡散シートの中の任意一つを含むことを特徴とする、請求項１に記載の照明システム。
9. 前記照明光束は光結像整合角を有し、前記照明光束の前記光結像整合角が投影装置の瞳の視角と整合することを特徴とする、請求項１に記載の照明システム。
10. 投影装置であって、
    前記投影装置は照明システムと結像システムを含み、
    前記照明システムは照明光束を発し、かつ前記照明システムは光源モジュールと光形状調整モジュールを含み、
    前記光源モジュールは第一光束を発し、
    前記光形状調整モジュールは前記第一光束の伝達経路上に位置し、かつ前記第一光束の光形状を調整し、
    前記光形状調整モジュールは第一光拡散素子、第二光拡散素子及び第一レンズ素子を含み、
    前記第一光束は前記第一光拡散素子、前記第一レンズ素子及び前記第二光拡散素子を順に経由した後、前記照明光束を形成し、
    前記結像システムは前記照明光束の伝達経路上に配置され、かつ、前記結像システムは反射式光バルブを含み、
    前記反射式光バルブは前記照明光束の伝達経路上に配置され、前記反射式光バルブは前記照明光束を画像光束に変換することを特徴とする、投影装置。
11. 前記結像システムはさらにマイクロレンズアレイを含み、
    前記マイクロレンズアレイは複数個のマイクロレンズを含み、かつ、前記照明光束の伝達経路上に位置し、
    前記照明光束は前記マイクロレンズアレイ中の対応する前記マイクロレンズを経由して、前記反射式光バルブ上に複数個のサブ照明領域を形成することを特徴とする、請求項１０に記載の投影装置。
12. 前記照明光束のサブ照明光束の主光線は前記反射式光バルブまで投射される前に平行光であることを特徴とする、請求項１１に記載の投影装置。
13. 前記反射式光バルブは複数個の画像ユニットを含み、
    前記複数個のサブ照明領域はそれぞれ前記複数個の画像ユニットに対応し、かつ、前記複数個のサブ照明領域のサイズが前記複数個の画像ユニットのサイズと整合することを特徴とする、請求項１１に記載の投影装置。
14. 前記第一レンズ素子は前記第一光拡散素子と前記第二光拡散素子との間に位置することを特徴とする、請求項１０に記載の投影装置。
15. 前記第一レンズ素子のレンズ前に虚像光源が形成されることを特徴とする、請求項１０に記載の投影装置。
16. 前記第一光束は複数個の第一サブ光束を有し、
    前記第一光拡散素子は前記複数個の第一サブ光束の伝達経路上に位置し、前記複数個の第一サブ光束が前記第一光拡散素子を経由した後、複数個の第二サブ光束を形成することを特徴とする、請求項１０に記載の投影装置。
17. 前記複数個の第二サブ光束はそれぞれ前記第一レンズ素子のレンズ前に複数個のサブ虚像光源を形成し、前記複数個のサブ虚像光源が重なり合うことを特徴とする、請求項１６に記載の投影装置。
18. 前記結像システムはさらに導光素子を含み、前記導光素子は前記照明光束及び前記画像光束の伝達経路上に位置し、
    前記照明光束は前記導光素子、前記マイクロレンズアレイを順に経由して前記反射式光バルブまで伝達され、
    前記画像光束は前記マイクロレンズアレイ、前記導光素子を順に経由して瞳まで伝達されることを特徴とする、請求項１０に記載の投影装置。
19. 前記結像システムはさらに第二レンズ素子を含み、
    前記第二レンズ素子は前記照明光束及び前記画像光束の伝達経路上に位置し、
    前記照明光束は前記導光素子及び前記第二レンズ素子を順に経由して前記マイクロレンズアレイまで伝達され、
    前記画像光束は前記マイクロレンズアレイ及び前記第二レンズ素子順に経由して前記導光素子まで伝達されることを特徴とする、請求項１８に記載の投影装置。

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