JPWO2020144983A1 - 光源装置及び画像表示装置 - Google Patents

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Abstract

光を高効率で合波する光源装置及び画像表示装置を提供する。第1波長域の光を出射する第1光源部と、前記第1波長域の光が入射され、第1照明光を出射する第1照明光学系と、第2波長域の光を出射する第2光源部と、前記第2波長域の光が入射され、第2照明光を出射する第2照明光学系と、前記第1照明光と前記第2照明光とが入射される合波器とを備えており、前記合波器が、前記第1照明光の波長域と入射角度に基づいて、前記第1照明光をフィルタリングする特性と、前記第2照明光の波長域と入射角度に基づいて、前記第2照明光をフィルタリングする特性とを有し、前記合波器から出射される前記第1照明光の波長域と、前記合波器から出射される前記第2照明光の波長域とが近づく又は重なり合うように、前記第1照明光と前記第2照明光が前記合波器に入射される角度がそれぞれ調整されている、光源装置を提供する。

Description

本技術は、光源装置及び画像表示装置に関する。
画像表示装置は、色再現性のよい映像を表示するために、sRGB等の規格化された色域が表示できることが望ましい。規格化された色域を表示するためには、画像表示装置が備える光源装置が、赤色波長域、緑色波長域、及び青色波長域のそれぞれ狭い波長域の光を照射することが望ましい。しかし、このような狭い波長域の光はコヒーレンスが高いため、被照射物の表面でギラギラと輝く斑点が発生するスペックルノイズが生じてしまう。
そこで、特許文献1のように、狭い波長域の光と、広い波長域の光を合波することにより、スペックルノイズを低減する技術が提案されている。
特許文献1では、青色である第1波長域の光を出射する第1の光源と、赤色である第2波長域の光を出射する第2の光源と、蛍光体材料からなり、照射された前記第1波長域の光の一部を異なる波長域の蛍光発光光に変換して出射する波長変換部と、前記第2波長域に対応する特定波長域に対する波長選択性を有し、かつ、前記蛍光発光光のうち前記第2の光源が発光する波長に対応する第2波長域の一部をフィルタリングする特性を有し、入射する前記第1の光源からの前記第1波長域の光、前記第2の光源からの前記第2波長域の光、およびフィルタリングされた前記蛍光発光光を合波するダイクロイックミラーである合波器と、を備え、前記第2の光源からの前記第2波長域の光は、フィルタリングされた前記蛍光発光光を、フィルタリングされた波長帯域において補強する、光源装置が開示されている。この特許文献1では、個別の発光スペクトルを持つ蛍光体を混ぜ合わせて使用することにより、高効率で色再現性のよい光源装置について説明されている。
特許文献2では、複数の発光素子が直線状に配列された第1の光源と、前記第1の光源とは形態の異なる第2の光源と、前記第1の光源からの出射光を前記複数の発光素子の配列方向と直交する方向に走査する走査手段と、映像信号に応じて前記第1の光源および第2の光源からの出射光を変調する空間光変調素子と、前記空間光変調素子から出射された変調光をスクリーンに投射する投射光学系と、を備えていることを特徴とする投射型画像表示装置が開示されている。この特許文献2では、ランプ等の第1の光源より出射される照明光を効率良く利用した上で、高い色再現性により明るい画像を表示するために、レーザーなどの第2の光源を併用することにより、演色性が高く、小型で高効率な照明装置を用いた投射型画像表示装置について説明されている。
そして、特許文献1や特許文献2では、合波器としてダイクロイックミラーが利用されている。このダイクロイックミラーは、所定の波長域の光のみを出射する機能を有する。なお、合波器として、ダイクロイックミラーに加え、バンドパスフィルタ及びノッチフィルタ等も利用される場合もある。
特開2014−186115号公報 特開2010−054767号公報
上記合波器は、合波器に入射される光の入射角が大きくなると、出射する光の波長域が短波長側にずれる、いわゆる「ブルーシフト」が生じるという薄膜光学特性を有する。そのため、短波長側にずれた光が出射できるように、合波器は、出射する光の波長域が広く設計されている必要がある。
広い波長域の光と、狭い波長域の光を合波器が合波し、少なくともいずれか一方の光の入射角が大きい場合、合波器は、出射する光の波長域が広く設計されている必要がある。しかしながら、出射する光の波長域が広く設計されている合波器が光を合波する場合、狭い波長域の光と、広い波長域の光とのクロストークにより、広い波長域の光が削減される。その結果、光の利用効率が低下するという問題点が生じている。
そこで、本技術は、光を高効率で合波する光源装置及び画像表示装置を提供することを主目的とする。
本技術は、第1波長域の光を出射する第1光源部と、前記第1波長域の光が入射され、第1照明光を出射する第1照明光学系と、第2波長域の光を出射する第2光源部と、前記第2波長域の光が入射され、第2照明光を出射する第2照明光学系と、前記第1照明光と前記第2照明光とが入射される合波器とを備えており、前記合波器が、前記第1照明光の波長域と入射角度に基づいて、前記第1照明光をフィルタリングする特性と、前記第2照明光の波長域と入射角度に基づいて、前記第2照明光をフィルタリングする特性とを有し、前記合波器から出射される前記第1照明光の波長域と、前記合波器から出射される前記第2照明光の波長域とが近づく又は重なり合うように、前記第1照明光と前記第2照明光が前記合波器に入射される角度がそれぞれ調整されている、光源装置を提供する。
前記合波器が有するフィルタリング特性は、特定の波長域の前記第1照明光及び前記第2照明光を反射し、その他の波長域の前記第1照明光及び前記第2照明光を透過することができる。
前記合波器は、ダイクロイックミラーであってもよい。
前記第1光源部及び/又は前記第2光源部は、一つ又は複数の波長域の光を出射することができる。
前記第1光源部及び/又は前記第2光源部はコヒーレント光を出射することができる。
前記コヒーレント光はレーザー光であってもよい。
前記第1照明光及び/又は前記第2照明光が入射され、前記第1照明光及び/又は前記第2照明光の位相を変調し、前記第1照明光及び/又は前記第2照明光を出射する一つ又は複数の位相変調部をさらに備えることができる。
前記第1照明光学系及び/又は前記第2照明光学系はインテグレータ光学系を備えることができる。
前記第1照明光学系及び/又は前記第2照明光学系はフライアイレンズを備えることができる。
前記第1照明光学系及び/又は前記第2照明光学系はロッドインテグレータを備えることができる。
前記合波器は、偏光ビームスプリッタであってもよい。
さらに、本技術は、前記光源装置を備える画像表示装置を提供する。
本技術に係る光源装置の全体構成図である。 本技術に係る合波器の透過率特性である。 本技術に係る合波器の透過率特性を説明するための参考図である。 本技術に係る固体光源の構成図である。 本技術に係る画像表示装置の全体構成図である。 本技術に係る合波器が照明光を反射及び透過する様子である。 本技術に係る照明光の角度分布である。 本技術に係る照明光の角度分布である。 本技術に係る画像表示装置の全体構成図である。 本技術に係る合波器が照明光を反射及び透過する様子である。 本技術に係る照明光の角度分布である。 本技術に係る合波器の透過率特性である。 本技術に係る合波器の透過率特性である。 本技術に係る照明光の角度分布である。 本技術に係る画像表示装置の全体構成図である。 本技術に係る画像表示装置の全体構成図である。 本技術に係る照明光の波長と位相差との関連図である。
以下、本技術を実施するための好適な形態について、添付した図面を参照しつつ説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態を示したものであり、本技術の範囲がこれらの実施形態に限定されることはない。なお、本技術の説明は以下の順序で行う。
1.本技術に係る第1の実施形態(光源装置)
2.本技術に係る第2の実施形態(画像表示装置)
3.本技術に係る第3の実施形態(位相変調部)
4.本技術に係る第4の実施形態(ギャップ)
5.本技術に係る第5の実施形態(複数の単色光源)
6.本技術に係る第6の実施形態(ロッドインテグレータ)
7.本技術に係る第7の実施形態(偏光)
1.本技術に係る第1の実施形態(光源装置)
本技術に係る光源装置の全体構成図を図1に示す。本技術に係る光源装置100は、第1波長域の光1aを出射する第1光源部120aと、第1波長域の光1aが入射され、第1照明光2aを出射する第1照明光学系130aと、第2波長域の光1bを出射する第2光源部120bと、第2波長域の光1bが入射され、第2照明光2bを出射する第2照明光学系130bと、第1照明光2aと第2照明光2bとが入射される合波器110とを備えている。
<合波器>
合波器110は、第1照明光2aの波長域と入射角度に基づいて、第1照明光2aをフィルタリングする特性を有している。さらに、合波器110は、第2照明光2bの波長域と入射角度に基づいて、第2照明光2bをフィルタリングする特性を有している。
さらに、本技術に係る光源装置100は、合波器110から出射される第1照明光2aの波長域と、合波器110から出射される第2照明光2bの波長域とが近づく又は重なり合うように、第1照明光2aと第2照明光2bが合波器110に入射される角度がそれぞれ調整されている。
合波器110が有するフィルタリング特性は、特定の波長域の照明光を反射し、その他の波長域の照明光を透過するものである。図1に示す実施形態においては、合波器110は、特定の波長域の第1照明光2aを反射し、特定の波長域の第2照明光2bを透過することにより、第1照明光2aと第2照明光2bを合波し、出射口170に出射する。
合波器110として、ダイクロイックミラーを利用することが望ましい。ダイクロイックミラーは、特定の波長域の照明光を反射し、その他の波長域の照明光を透過する特性を有する。あるいは、合波器110として、バンドパスフィルタやノッチフィルタ等のフィルタも利用できる。
光源装置100は、複数の合波器110を備えることができる。複数の合波器110がそれぞれ合波した照明光を、さらに合波器110が合波してもよい。
本技術に係る合波器110の透過率特性を図2に示す。図2において、横軸は光の波長であり、右に行くほど波長が長いことを示す。縦軸は合波器110の光の透過率であり、上に行くほど透過率が高いことを示す。合波器110は、透過率が高い波長域の光を透過し、透過率が低い波長域の光を反射する特性を有する。
図2に示すように、合波器110への光の入射角に応じて、合波器110の光の透過率が変化している。光の入射角が25degの透過率特性3b、光の入射角が35degの透過率特性3c、光の入射角が45degの透過率特性3e、光の入射角が55degの透過率特性3gが示されている。
狭い波長域の第1照明光2aは、波長域が略530nmであり、入射角が30deg±5degである。広い波長域の第2照明光2bは、波長域が略500〜580nmであり、入射角が45deg±10degである。なお、第1照明光2aの波長域は略530nmに限られないし、第2照明光2bの波長域は略500〜580nmに限られない。また、第1照明光2aの入射角は30deg±5degに限られないし、第2照明光2bの入射角は45deg±10degに限られない。以下の実施形態においても同様である。
この場合、第1照明光2aを反射する合波器110の透過率特性は、光の入射角が25degの透過率特性3bである。合波器110から出射される第1照明光2aの波長域と、合波器110から出射される第2照明光2bの波長域とが重なり合っている。重なり合っていない波長の光(ハッチング部分)が少ないため、クロストークによる第2照明光2bの削減が抑制される。
さらに、合波器110から出射される第1照明光2aの波長域と、合波器110から出射される第2照明光2bの波長域とが重なり合っているため、被照射物の表面に発生するスペックルノイズが低減する。
一方、光の入射角が調整されていない合波器110の透過率特性を図3に示す。図3において、光の入射角が35degの透過率特性3c、光の入射角が40degの透過率特性3d、光の入射角が45degの透過率特性3e、光の入射角が50degの透過率特性3f、光の入射角が55degの透過率特性3gが示されている。
狭い波長域の第1照明光2aは、波長域が略530nmであり、入射角が45deg±5degである。広い波長域の第2照明光2bは、波長域が略500〜580nmであり、入射角が45deg±10degである。
この場合、第2照明光2bの大部分(ハッチング部分)が第1照明光2aと重なり合っていない。このハッチング部分の光は、クロストークにより削減されてしまう。その結果、光の利用効率が大幅に低下する。
本技術は、照明光(2a、2b)が合波器110に入射する角度の調整により、照明光(2a、2b)を高効率で合波するという効果を実現している。そのため、本技術は、従来技術よりも簡易な構成で光の合波が可能である。その結果、本技術は、照明光学系(130a、130b)の自由度の高さや、光源装置100の小型化にも寄与することができる。
また、1つの合波器110が複数の照明光(2a、2b)を合波する場合、合波器110の薄膜光学特性による、いわゆるブルーシフトを抑制するために、膜総数を増やして合波器110を設計する必要がある。そのため、薄膜設計が複雑になり、合波器110の製造性が著しく低下してしまう。さらに、膜総数が増加するほど照明光(2a、2b)の散乱が発生するため、照明光(2a、2b)の利用効率が低下してしまう。
一方、本技術に係る合波器110は、膜総数を増やす必要がないため、合波器110の製造性が向上する。さらに、膜総数の削減により照明光(2a、2b)の散乱が抑制され、結果として照明光(2a、2b)の利用効率が向上する。
<光源部>
図1の説明に戻る。第1光源部120a及び/又は第2光源部120bは、一つ又は複数の波長域の光(1a、1b)を出射する。例えば第1光源部120aは、緑色光のほかに、青色光、赤色光、あるいは白色光等も出射できる。
第1光源部120a及び/又は第2光源部120bは、固体光源(図示せず)を含むことができる。固体光源の一例をあげれば、半導体レーザーや半導体ダイオード等がある。
固体光源は、コヒーレント光を出射することが望ましい。さらには、固体光源は、レーザー光であることが望ましい。コヒーレント光、さらにはレーザー光源を利用することにより、光源装置100は、色再現性を高めることができる。
固体光源は、単体でもよいし、アレイ化されてもよいし、スタック化されてもよい。
固体光源の一実施形態の構成図を図4に示す。図4に示すように、固体光源121は、励起光源122と波長変換材料125とを備えることができる。
励起光源122は、複数の光源(123a〜123d)がアレイ状に配列されたアレイ光源123と、アレイ光源123から出射された光6aを集めて、光6bを出射する励起光学系124とを有することができる。励起光源122は、例えば半導体レーザーや放電ランプ等を含んでもよい。また、励起光源122が出射する光6bの波長域と、波長変換材料125が出射する光6cの波長域は、異なってもよい。
なお、図4には、アレイ光源123が有する光源(123a〜123d)の数は4つであるが、4つに限られないことはいうまでもない。また、当該光源(123a〜123d)は、図4のようにアレイ化されてもよいし、単一の光源でもよい。あるいは、当該光源(123a〜123d)は、スタック化されてもよい。
波長変換材料125は、狭帯域の波長を変換できる。波長変換材料125の一例をあげれば、量子ドット(QD)等がある。例えばアレイ光源123が量子ドットにレーザー光を出射すると、量子ドットのナノ結晶が微細なレーザーの役割を果たし、高効率で波長が変換できる。
また、図1に示す実施形態において広い波長域の光1bを出射する第2光源部120bは、図4において、波長変換材料125として蛍光体材料を利用してもよい。
<照明光学系>
図1の説明に戻る。第1照明光学系130aは、第1光源部120aから出射された第1波長域の光1aを、合波器110へ導く。第2照明光学系130bは、第2光源部120bから出射された第2波長域の光1bを、合波器110へ導く。第1照明光学系130a及び/又は第2照明光学系130bは、光路の分岐等により、2本以上の光路を形成することができる。
第1照明光学系130a及び/又は第2照明光学系130bは、インテグレータ光学系を備えることができる。第1照明光学系130a及び/又は第2照明光学系130bは、少なくとも1枚以上のレンズ(134a、134b等)を備えることができる。さらには、第1照明光学系130aが備えるレンズと、第2照明光学系130bが備えるレンズとが組み合わされてもよい。
さらには、第1照明光学系130a及び/又は第2照明光学系130bは、フライアイレンズを備えることができる。前記インテグレータ光学系は、例えばフライアイレンズを備えうる。図1に示す実施形態においては、第2照明光学系130bは、第1フライアイレンズ131aと、第2フライアイレンズ131bとを備えている。フライアイレンズ(131a、131b)を備えることにより、光源装置100は、照射面をむらのない均一な照度分布にすることができる。
さらには、第1照明光学系130a及び/又は第2照明光学系130bは、偏光変換素子135を備えることができる。
第1照明光学系130a及び/又は第2照明光学系130bは、色分離器(図示せず)をさらに備えることができる。色分離器は、光の色をフィルタリングする特性を有する。色分離器が有するフィルタリング特性は、例えば、特定の波長域の照明光を反射し、その他の波長域の照明光を透過するものとすることができる。色分離器は、例えば光源部から出射された白色光を、赤色、緑色、又は青色の光に分離する。ダイクロイックミラーは色分離器の一例である。あるいは、バンドパスフィルタやノッチフィルタ等のフィルタを色分離器に利用してもよい。
なお、本実施形態においては、第1照明光2aを狭い波長域の光とし、第2照明光2bを広い波長域の光とした。その一方で、第2照明光2bを狭い波長域の光とし、第1照明光2aを広い波長域の光とした実施形態であってもよい。
2.本技術に係る第2の実施形態(画像表示装置)
本技術に係る光源装置100は、プロジェクター等の画像表示装置に備えられてもよい。本技術に係る画像表示装置の一実施形態の全体構成図を図5に示す。
図5に示すように、画像表示装置200は、少なくとも、光源装置100と、空間光変調部210と、投射レンズ220と、制御部160とを備えることができる。
<空間光変調部>
空間光変調部210は、映像信号7に応じて照明光(2a、2b)を変調する。例えば、空間光変調部210は、空間光変調部210を透過する照明光(2a、2b)の光量を調整することができる。画像表示装置200は、複数の空間光変調部210を備えることができる。
空間光変調部210は、パネルを有することができる。空間光変調部210が有するパネルには、例えば液晶素子を利用することができる。液晶素子を利用することにより、空間光変調部210は、容易に画素のパターンを変化させることができる。なお、当該パネルは、透過型でもよいし、反射型でもよい。
あるいは、空間光変調部210は、例えばMEMSミラーを利用してもよい。MEMSミラーは、液晶素子に比べて高速にミラーのパターンを変化させることができる。MEMSミラーを空間光変調部210に利用する例として、例えばDMD(Digital Micromirror Device)等がある。
空間光変調部210がMEMSミラーである場合、空間光変調部210は、合波器110の薄膜光学特性を考慮でき、P偏光又はS偏光のいずれが合波器110に入射しても合波が可能となる。例えば、波長域の一部又は全てが重なり合ったP偏光とS偏光がそれぞれ合波器110に入射した場合であっても、偏光分離素子等が光の偏光を変化させることにより、合波器110は、波長域の一部又は全てが重なり合った光を合波できる。波長域が完全に重なり合うことで、光源装置100は、スペックルノイズをさらに低減できる。
<投射レンズ>
投射レンズ220は、合波器110が合波した照明光を、投影光5としてスクリーン300に投影する。
投射レンズ220に入射される照明光は、合波器110が反射又は透過した第1照明光2aと、合波器110が反射又は透過した第2照明光2bとが合波されたものである。第1照明光2aと第2照明光2bが合波される様子の一例を図6に示す。
図6に示すように、合波器110は、広い波長域の第2照明光2bを透過し、狭い波長域の第1照明光2aを反射している。このとき、投射レンズ220に入射される照明光の角度成分は、第2照明光2bの角度成分に、第1照明光2aの角度成分を加えたものとなる。
投射レンズ220に入射される第1照明光2aと第2照明光2bの角度分布の一例を図7に示す。図7において、横軸は照明光がxz平面へ入射する角度を示す。xz平面とは、図1において第2照明光2bの光路が床面と略並行であるとしたときに、第2照明光2bの光路及び床面と略並行な平面である。一方、図7において、縦軸は照明光がyz平面へ入射する角度を示す。yz平面とは、図1において第2照明光2bの光路が床面と略並行であるとしたときに、第2照明光2bの光路と略並行であり、床面と略垂直な平面である。
図7に示すように、第2照明光2bの角度分布の外側に、第1照明光2aの角度分布が配置される。そのため、投射レンズ220の設計においては、第2照明光2bのみならず第1照明光2aも透過できるように、投射レンズ220が設計されることが望ましい。投射レンズ220のF値を変更するには大きな設計変更が必要であるが、一部の角度成分の光をさらに透過するように設計を変更することは容易である。なお、F値とは、投射レンズ220の焦点距離を口径で割った値である。F値が小さいほど、投射レンズ220はより入射角の大きい光を取り入れることができる。
投射レンズ220に入射される第1照明光2aと第2照明光2bの角度分布のもう一つの例を図8に示す。図8に示すように、第1照明光2aは様々な角度で投射レンズ220に入射している。投射レンズ220は、図8に示すように、様々な角度分布の光を取り入れることができるように設計されることが望ましい。
<制御部>
図5の説明に戻る。制御部160は、映像信号7に応じて、上述した構成要素の動作を制御できる。例えば、制御部160は、第2光源部120bが出射する照明光の光量を調整したり、空間光変調部210が有するパネルの書き換えパターンを変更したりすることができる。
3.本技術に係る第3の実施形態(位相変調部)
光源装置100が備える第1照明光学系130a及び/又は第2照明光学系130bは、第1照明光2a及び/又は第2照明光2bの位相を変調する一つ又は複数の位相変調部をさらに備えることができる。
本技術に係る画像表示装置200の一実施形態の全体構成図を図9に示す。図9に示すように、第1照明光学系130aは、第1光源用位相変調部133aを備えている。第1光源用位相変調部133aは、少なくとも2π以上の位相変調が可能である。
第1光源用位相変調部133aは、パネルを有することができる。第1光源用位相変調部133aが有するパネルには、例えば液晶素子を利用することができる。液晶素子を利用することにより、第1光源用位相変調部133aは、容易に画素のパターンを変化させることができる。なお、当該パネルは、透過型でもよいし、反射型でもよい。
あるいは、第1光源用位相変調部133aは、例えばMEMSミラーを利用してもよい。MEMSミラーは、液晶素子に比べて高速にミラーのパターンを変化させることができる。MEMSミラーを第1光源用位相変調部133aに利用する例として、例えばDMD(Digital Micromirror Device)等がある。
第1光源用位相変調部133aが第1照明光2aの位相を変調することにより、映像信号7に対応した第1照明光2aを生成することができ、映像中の暗い部分の光を明るい部分に集めることができるため、当該光源装置100は、第1照明光2aのピーク輝度を高めることができる。その結果、当該光源装置100を備えた画像表示装置200は、より幅広いダイナミックレンジ(ハイダイナミックレンジ)の画像を表示できる。
このとき、合波器110が出射する照明光(2a、2b)の角度成分は、第2照明光2bの角度成分に、第1照明光2aの角度成分を加えたものとなる。第2照明光2bの角度分布の外側に、第1照明光2aの角度分布が配置される。一般的に、投射レンズの外側から投射される画像は、解像度が劣化する傾向にある。しかしながら、本技術では、位相変調部が輝度ピークを高めるため、投射レンズ220の外側の画像の輝度が極端に高くなる。その結果、レンズフレアが発生し、解像感が弱まることになる。つまり、位相変調は、色域拡大のための波長の変調よりも親和性が高いといえる。
また、従来技術では、標準ダイナミックレンジである広い波長域の光を削ることにより、光の合波を実現している。一方、本技術では、広い波長域の光を高効率で合波できる。さらには、合波する光の波長域が重なり合っているため、スペックルノイズの低減効果の向上が期待できる。
ところで、光源装置100は、位相変調部を備える照明光学系を複数備えてもよい。位相変調された複数の照明光が合波器110に入射される様子を図10に示す。
図10に示すように、第1照明光学系130aは、少なくとも第1光源用位相変調部133aと、レンズ(134c、134d)とを備えている。第3照明光学系130cは、少なくとも第3光源用位相変調部133cと、レンズ(134f、134g)とを備えている。
第1光源部120aから第1照明光学系130aへ、狭い波長域の光1aが出射される。第1照明光学系130aは、第1光源用位相変調部133aを備えていることにより、第1光源部120aから出射された光1aの位相を変調して、第1照明光2aを出射する。
同様に、第3光源部120cから第3照明光学系130cへ、狭い波長域の光1cが出射される。第3照明光学系130cは、第3光源用位相変調部133cを備えていることにより、第3光源部120cから出射された光1cの位相を変調して、第3照明光2cを出射する。
合波器110は、狭い波長域の第1照明光2a及び第3照明光2cと、広い波長域の第2照明光2bとを合波する。
なお、画像表示装置200が備える構成のうち、その他の構成の機能については、第2の実施形態と同様であるため、詳細な説明は割愛する。
4.本技術に係る第4の実施形態(ギャップ)
図5に示した本技術に係る光源装置100は、第1照明光2aが合波器110に入射する角度と、第2照明光2bが合波器110に入射する角度との間に、ギャップ(間隔)が設けられてもよい。ギャップが設けられることにより、光源装置100は、合波器110から出射される第1照明光2aの波長域と、合波器110から出射される第2照明光2bの波長域を、完全に重ね合わせることができる。このことにより、光源装置100は、クロストークをさらに削減できる。これに加えて、スペックルノイズがさらに低減できる。
合波器110から出射される第1照明光2aと第2照明光2bの角度分布の一例を図11に示す。図11において、横軸は照明光がxz平面へ入射する角度を示し、縦軸は照明光がyz平面へ入射する角度を示す。図11に示すように、第1照明光2aの角度分布と、第2照明光2bの角度分布の間に、ギャップが設けられている。
このときの合波器110の透過率特性を図12に示す。図12において、光の入射角が15degの透過率特性3a、光の入射角が25degの透過率特性3b、光の入射角が35degの透過率特性3c、光の入射角が45degの透過率特性3e、光の入射角が55degの透過率特性3gが示されている。
狭い波長域の第1照明光2aは、波長が略530nmであり、入射角が20deg±5degである。広い波長域の第2照明光2bは、波長が略500〜580nmであり、入射角が45deg±10degである。
なお、第3の実施形態で示した位相変調部は、本実施形態にも利用できる。したがって、第1照明光2a又は第2照明光2bの少なくともいずれか一方は、ピーク輝度を高めた、ハイダイナミックレンジの照明光であってもよい。
5.本技術に係る第5の実施形態(複数の単色光源)
本技術に係る光源装置100は、少なくとも3つ以上の光源部を備えることができる。さらには、光源装置100は、それぞれ異なる狭い波長域の光を出射する光源部を、少なくとも2つ以上、さらには3つ以上備えることができる。さらには、少なくとも1つの光源部は、位相変調部等を備えることにより、ピーク輝度を高めた、ハイダイナミックレンジの照明光を出射してもよい。
それぞれ異なる狭い波長域の波長の光を出射する複数の光源部を備えることにより、光源装置100が表示できる色域が増加する。その結果、光源装置100の色表現が向上する。
それぞれ異なる狭い波長域の光を合波する合波器110の透過率特性の一例を図13に示す。図13において、光の入射角が25degの透過率特性3b、光の入射角が35degの透過率特性3c、光の入射角が55degの透過率特性3g、光の入射角が65degの透過率特性3hが示されている。
狭い波長域の第1照明光2aは、波長が略530nmであり、入射角が30deg±5degである。広い波長域の第2照明光2bは、波長が略500〜580nmであり、入射角が45deg±10degである。狭い波長域でありハイダイナミックレンジの第3照明光2cは、波長が略465nmであり、入射角が60deg±5degである。狭い波長域であり標準ダイナミックレンジの第4照明光2dは、波長が略455nmであり、入射角が45deg±10degである。第2照明光2bと第4照明光2dは同じ角度で合波器110に入射する。
この場合、第1照明光2aを反射させる合波器110の透過率特性は、光の入射角が25degの透過率特性3bである。第3照明光2cを反射させる合波器110の透過率特性は、光の入射角が65degの透過率特性3hである。
このとき、第3照明光2cの波長域と第4照明光2dの波長域は重なり合っておらず、クロストークが発生していない。また、第2照明光2bの波長域と、第3照明光2cの波長域は全く異なるため、クロストークが発生していない。
合波器110から出射される第3照明光2cの波長域と、合波器110から出射される第4照明光2dの波長域とが近づくように、第3照明光2cと第4照明光2dが合波器110に入射される角度がそれぞれ調整されている。
合波器110が出射する第1照明光2a、第2照明光2b、及び第3照明光2cの角度分布の一例を図14に示す。図14において、横軸は照明光がxz平面へ入射する角度を示し、縦軸は照明光がyz平面へ入射する角度を示す。第2照明光2bの角度分布の外側に、第1照明光2a及び第3照明光2cの角度分布が配置されている。
6.本技術に係る第6の実施形態(ロッドインテグレータ)
第1照明光学系130a及び/又は第2照明光学系130bは、ロッドインテグレータを備えることができる。
本技術に係る画像表示装置200の一実施形態の全体構成図を図15に示す。例えば、空間光変調部210がMEMSミラーである場合、第2照明光学系130bは、ロッドインテグレータ132及びレンズ(134a、134b、134e)を備えることができる。
ロッドインテグレータ132の内部で、第2照明光2bを何度も反射させることにより、第2照明光学系130bは、照射面をむらのない均一な照度分布にすることができる。
なお、第3の実施形態で示した位相変調部は、本実施形態にも利用できる。したがって、第1照明光2a又は第2照明光2bの少なくともいずれか一方は、ピーク輝度を高めた、ハイダイナミックレンジの照明光であってもよい。
なお、画像表示装置200が備える構成のうち、その他の構成の機能については、第2の実施形態と同様であるため、詳細な説明は割愛する。
7.本技術に係る第7の実施形態(偏光)
合波器は、偏光ビームスプリッタを利用することができる。偏光ビームスプリッタを利用する場合、光源部が出射する光はS偏光又はP偏光となる。
本技術に係る画像表示装置200の一実施形態の全体構成図を図16に示す。図16に示すように、合波器110として偏光ビームスプリッタ140を利用している。なお、当該実施形態においては、第1光源部120aが出射する光1aをS偏光、第2光源部120bが出射する光1bをP偏光とする。
ここで、空間光変調部210が液晶を用いたパネルである場合、第1光源部120aが出射する光と、第2光源部120bが出射する光は、同じ偏光となる必要がある。そのためには、第1光源部120aが出射する光1aと、第2光源部120bが出射する光1bのいずれか一方の光の偏光を変化させる必要がある。
例えば波長選択性位相差板150を利用することにより、光源装置100は、光の偏光を変化させることができる。図16に示すように、光源装置100は、空間光変調部210と、投射レンズ220との間に波長選択性位相差板150を備えている。
波長選択性位相差板150を介して空間光変調部210に入射された照明光(2a、2b)の波長と位相差との関連性を図17に示す。図17において、横軸は光の波長であり、右に行くほど波長が長いことを示す。第1光源部120aが出射した第1照明光2aの波長は略530nmである。第2光源部120bが出射した第2照明光2bの波長は略500〜580nmである。
縦軸は、第1照明光2aと、第2照明光2bとの位相差を示す。照明光(2a、2b)の波長が略530nmである場合は、位相差4が0である。略530nmより波長が長くなるほど、位相差4が発生するようになり、波長が略550nmである場合は、位相差4がπ、つまりλ/2となる。
光源装置100において、このような特性を有する波長選択性位相差板150が、第1照明光2aと、第2照明光2bのそれぞれに対して45deg傾くように配置される。このことにより、λ/2の位相差がつく波長のみ偏光が反転する。本実施形態においては、第1照明光2aがS偏光、第2照明光2bがP偏光である。λ/2の位相差がつくと、第2照明光2bはS偏光となるため、第1照明光2aと、第2照明光2bは同じ偏光となる。
なお、空間光変調部210がミラーを用いたパネルである場合、第1照明光2aと、第2照明光2b光は、同じ偏光となる必要はない。したがって、この場合は、光源装置100は、波長選択性位相差板150等を備えなくともよい。
なお、第3の実施形態で示した位相変調部は、本実施形態にも利用できる。したがって、第1照明光2a又は第2照明光2bの少なくともいずれか一方は、ピーク輝度を高めた、ハイダイナミックレンジの照明光であってもよい。
なお、画像表示装置200が備える構成のうち、その他の構成の機能については、第2の実施形態と同様であるため、詳細な説明は割愛する。
なお、本技術は、以下のような構成をとることもできる。
[1]第1波長域の光を出射する第1光源部と、
前記第1波長域の光が入射され、第1照明光を出射する第1照明光学系と、
第2波長域の光を出射する第2光源部と、
前記第2波長域の光が入射され、第2照明光を出射する第2照明光学系と、
前記第1照明光と前記第2照明光とが入射される合波器とを備えており、
前記合波器が、前記第1照明光の波長域と入射角度に基づいて、前記第1照明光をフィルタリングする特性と、前記第2照明光の波長域と入射角度に基づいて、前記第2照明光をフィルタリングする特性とを有し、
前記合波器から出射される前記第1照明光の波長域と、前記合波器から出射される前記第2照明光の波長域とが近づく又は重なり合うように、前記第1照明光と前記第2照明光が前記合波器に入射される角度がそれぞれ調整されている、光源装置。
[2]前記合波器が有するフィルタリング特性は、特定の波長域の前記第1照明光及び前記第2照明光を反射し、その他の波長域の前記第1照明光及び前記第2照明光を透過する、[1]に記載の光源装置。
[3]前記合波器は、ダイクロイックミラーである、[1]又は[2]に記載の光源装置。
[4]前記第1光源部及び/又は前記第2光源部は、一つ又は複数の波長域の光を出射する、[1]〜[3]のいずれか一つに記載の光源装置。
[5]前記第1光源部及び/又は前記第2光源部はコヒーレント光を出射する、[1]〜[4]のいずれか一つに記載の光源装置。
[6]前記コヒーレント光はレーザー光である、[5]に記載の光源装置。
[7]前記第1照明光及び/又は前記第2照明光の位相を変調する一つ又は複数の位相変調部をさらに備える、[1]〜[6]のいずれか一つに記載の光源装置。
[8]前記第1照明光学系及び/又は前記第2照明光学系はインテグレータ光学系を備える、[1]〜[7]のいずれか一つに記載の光源装置。
[9]前記第1照明光学系及び/又は前記第2照明光学系はフライアイレンズを備える、[1]〜[8]のいずれか一つに記載の光源装置。
[10]前記第1照明光学系及び/又は前記第2照明光学系はロッドインテグレータを備える、[1]〜[9]のいずれか一つに記載の光源装置。
[11]前記合波器は、偏光ビームスプリッタである、[1]〜[10]のいずれか一つに記載の光源装置。
[12][1]〜[11]のいずれか一つに記載の光源装置を備える画像表示装置。
100 光源装置
110 合波器
120a 第1光源部
120b 第2光源部
120c 第3光源部
121 固体光源
122 励起光源
123 アレイ光源
123a 光源
123b 光源
123c 光源
123d 光源
124 励起光学系
125 波長変換材料
130a 第1照明光学系
130b 第2照明光学系
130c 第3照明光学系
131a 第1フライアイレンズ
131b 第2フライアイレンズ
132 ロッドインテグレータ
133a 第1光源用位相変調部
133c 第3光源用位相変調部
134a レンズ
134b レンズ
134c レンズ
134d レンズ
134e レンズ
134f レンズ
134g レンズ
135 偏光変換素子
140 偏光ビームスプリッタ
150 波長選択性位相差板
160 制御部
170 出射口
200 画像表示装置
210 空間光変調部
220 投射レンズ
300 スクリーン
1a 第1波長域の光
1b 第2波長域の光
2a 第1照明光
2b 第2照明光
2c 第3照明光
2d 第4照明光
3a 15degの透過率特性
3b 25degの透過率特性
3c 35degの透過率特性
3d 40degの透過率特性
3e 45degの透過率特性
3f 50degの透過率特性
3g 55degの透過率特性
3h 65degの透過率特性
4 位相差
5 投影光
6a 光
6b 光
6c 光
6d 光
7 映像信号

Claims (12)

  1. 第1波長域の光を出射する第1光源部と、
    前記第1波長域の光が入射され、第1照明光を出射する第1照明光学系と、
    第2波長域の光を出射する第2光源部と、
    前記第2波長域の光が入射され、第2照明光を出射する第2照明光学系と、
    前記第1照明光と前記第2照明光とが入射される合波器とを備えており、
    前記合波器が、前記第1照明光の波長域と入射角度に基づいて、前記第1照明光をフィルタリングする特性と、前記第2照明光の波長域と入射角度に基づいて、前記第2照明光をフィルタリングする特性とを有し、
    前記合波器から出射される前記第1照明光の波長域と、前記合波器から出射される前記第2照明光の波長域とが近づく又は重なり合うように、前記第1照明光と前記第2照明光が前記合波器に入射される角度がそれぞれ調整されている、光源装置。
  2. 前記合波器が有するフィルタリング特性は、特定の波長域の前記第1照明光及び前記第2照明光を反射し、その他の波長域の前記第1照明光及び前記第2照明光を透過する、請求項1に記載の光源装置。
  3. 前記合波器は、ダイクロイックミラーである、請求項1に記載の光源装置。
  4. 前記第1光源部及び/又は前記第2光源部は、一つ又は複数の波長域の光を出射する、請求項1に記載の光源装置。
  5. 前記第1光源部及び/又は前記第2光源部はコヒーレント光を出射する、請求項1に記載の光源装置。
  6. 前記コヒーレント光はレーザー光である、請求項5に記載の光源装置。
  7. 前記第1照明光及び/又は前記第2照明光の位相を変調する一つ又は複数の位相変調部をさらに備える、請求項1に記載の光源装置。
  8. 前記第1照明光学系及び/又は前記第2照明光学系はインテグレータ光学系を備える、請求項1に記載の光源装置。
  9. 前記第1照明光学系及び/又は前記第2照明光学系はフライアイレンズを備える、請求項1に記載の光源装置。
  10. 前記第1照明光学系及び/又は前記第2照明光学系はロッドインテグレータを備える、請求項1に記載の光源装置。
  11. 前記合波器は、偏光ビームスプリッタである、請求項1に記載の光源装置。
  12. 請求項1に記載の光源装置を備える画像表示装置。
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