TW202141074A - 照明光學系統及投射型顯示裝置 - Google Patents

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Abstract

本揭示之一實施形態之照明光學系統具備：第1光源部，其出射第1光；第2光源部，其出射第2光；光路合成元件，其將第1光之光路與第2光之光路合成；及均一照明光學構件，其具有將複數個透鏡元素以縱橫矩陣狀配置之第1區域、及未形成透鏡元素之第2區域，且對第1區域入射第1光，對第2區域入射第2光。

Description

照明光學系統及投射型顯示裝置
本揭示係關於一種可實現HDR(High Dynamic Range：高動態範圍)之照明光學系統及具備其之投射型顯示裝置。
近年，於影像顯示之領域，提案有一種提高動態範圍之技術，HDR標準尤其受到注目。HDR標準為放大低亮度部分之灰階表現或實現高峰值亮度之影像信號格式。以往之信號格式中，亮度表現達到103 cd/m2 左右，現在與此相對，對數十倍之高亮度表現之要求提高。例如，於專利文獻1中，提案有一種藉由對積分器光學系統入射HDR光與SDR(Standard Dynamic Range：標準動態範圍)光並合波，而提高動態範圍之技術。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第2018/025506號
然而，於可實現HDR之投射型顯示裝置中，謀求SDR光及HDR光之合波效率之提高及雷射安全性之提高。
期望提供一種可使SDR光及HDR光之合波效率提高且提高HDR光之雷射安全性之照明光學系統及投射型顯示裝置。
本揭示之一實施形態之照明光學系統具備：第1光源部，其出射第1光；第2光源部，其出射第2光；光路合成元件，其將第1光之光路與第2光之光路合成；及均一照明光學構件，其具有複數個透鏡元素以縱橫矩陣狀配置之第1區域及未形成透鏡元素之第2區域，且對第1區域入射第1光，對第2區域入射第2光。
本揭示之一實施形態之投射型顯示裝置具備：照明光學系統；圖像產生光學系統，其產生基於所輸入之影像信號而調變來自照明光學系統之光之圖像光；及投射光學系統，其投射圖像產生光學系統所產生之圖像光；且作為照明光學系統，具有上述本揭示之一實施形態之照明光學系統。
本揭示之一實施形態之照明光學系統及一實施形態之投射型顯示裝置中，使用具有複數個透鏡元素以縱橫矩陣狀配置之第1區域及未形成透鏡元素之第2區域之均一照明光學構件，且對第1區域入射第1光，對第2區域入射第2光，藉此減少均一照明光學構件中之第1光之損失。又，第2光之瞳尺寸放大。
以下，對本揭示之實施形態，參照圖式詳細說明。以下說明為本揭示之一具體例，本揭示並非限定於以下態樣者。又，關於各圖所示之各構成要件之配置或尺寸、尺寸比等，本揭示並非限定於該等者。另，說明之順序如下所述。 1.實施形態 (使用一部分未形成透鏡元素之複眼透鏡，選擇性使SDR光入射至複數個透鏡元素以矩陣狀配置之區域，使HDR光入射至未形成透鏡元素之區域之照明光學系統之例) 1-1.投射型顯示裝置之構成 1-2.投射型顯示裝置之動作 1-3.作用、效果 2.變化例 (於第1複眼透鏡與第2複眼透鏡之間配置合波鏡之例)
＜1.實施形態＞ 圖1係概略性顯示本揭示之一實施形態之投射型顯示裝置(投射型顯示裝置1)之整體構成之圖。該投射型顯示裝置1係例如將圖像投射至螢幕之顯示裝置。投射型顯示裝置1係經由I/F(介面)連接於例如PC(Personal Computer：個人電腦)等電腦或各種圖像播放器等之外部之圖像供給裝置，且基於輸入至該I/F之圖像信號，向螢幕投影者。另，以下說明之投射型顯示裝置1之構成為一例，本揭示之投射型顯示裝置並非限定於此種構成者。
(1-1.投射型顯示裝置之構成) 投射型顯示裝置1包含：照明裝置，其具備第1空間光調變器17；及第2空間光調變器25，其基於圖像信號VS，調變來自照明裝置之照明光並產生投影圖像。第2空間光調變器25為藉由照明裝置照明之被照明對象物。投射型顯示裝置1進而包含：投射光學系統26，其將由第2空間光調變器25產生之投影圖像投影至螢幕27等之投影面；及控制部30，其控制照明裝置、第2空間光調變器25及投射光學系統26。
照明裝置具有第1光源部11、第1照明光學系統12、第2光源部15、第2照明光學系統16A、第3照明光學系統16B、第1空間光調變器17、及積分器光學系統20。本實施形態之積分器光學系統20具有：合波鏡21，其將自第1光源部11出射之光(SDR光LS )之光路、與自第2光源部15出射之光(HDR光LH1 )之光路合成；及一對複眼透鏡(第1複眼透鏡22A及第2複眼透鏡22B)。
另，於圖1中，例如將積分器光學系統20之光軸方向設為X軸方向。又，將與X軸方向正交之1個方向設為Y方向，且將與X軸方向及Y方向正交之方向設為Z軸方向。對以下其他圖式亦同樣。
以下，對投射型顯示裝置1之各部構成進行詳細說明。
第1光源部11及第2光源部15例如包含半導體雷射(LD：Laser Diode)或發光二極體等之固體光源。第1光源部11及第2光源部15亦可藉由使用螢光體等波長轉換物質之光源而構成，或可藉由放電燈而構成。第1光源部11及第2光源部15亦可分別由1個固體光源構成，又可分別由複數個固體光源構成。該第1光源部11相當於本揭示之「第1光源部」之一具體例，第2光源部15相當於本揭示之「第2光源部」之一具體例。
第1光源部11出射第1波長頻帶之光(SDR光LS )作為第1光。第2光源部15出射第2波長頻帶之光(HDR光LH1 )作為第2波長頻帶之第2光。圖2係顯示SDR光LS 及HDR光LH1 之分光特性之一例之圖。如圖2所示，第1波長頻帶包含第2波長頻帶，且成為較第2波長頻帶更廣之頻帶。第2波長頻帶與第1波長頻帶相比，成為較窄之頻帶。
圖3係概略性顯示例如第1光源部11之構成之一例之圖。如圖3所示，第1光源部11亦可構成為包含：陣列光源110，其包含複數個激發用光源111；激發用光學系統112；及波長轉換部113。波長轉換部113包含例如螢光體作為波長轉換材料。藉由使用藍色雷射作為激發用光源111，而使亮度維持率或成本效率較佳。又，藉由使用激發用光學系統112作為將藍色雷射陣列化之陣列光源110，可實現第1光源部11之高亮度化。
第1照明光學系統12設置於第1光源部11與積分器光學系統20之間之光路上，雖細節予以後述，但其為用以使自第1光源部11出射之SDR光LS ，具有與例如第1複眼透鏡22A之形成有複數個透鏡元素221A之第1區域22-1對應之空間性光強度分佈並引導至積分器光學系統20者。第1照明光學系統12包含例如1或複數個透鏡13、一對錐形透鏡(第1錐形透鏡14A及第2錐形透鏡14B)而構成。該第1錐形透鏡14A及第2錐形透鏡14B相當於本揭示之「整形光學構件」之一具體例。
整形光學構件係將入射之光以例如旋轉對稱或4分割對稱而配光者。錐形透鏡為具有例如圓錐形狀之稜鏡。由錐形透鏡產生之光束於例如橫截光軸後形成環狀之光束輪廓。自第1光源部11出射之SDR光LS 首先入射至透鏡13，且經大致平行光化，並向第1錐形透鏡14A出射。第1錐形透鏡14A將SDR光LS 例如整形為環狀之光束輪廓且向第2錐形透鏡14B出射。入射至第2錐形透鏡14B之SDR光LS 經大致平行光化，以具有環狀之空間性光強度分佈之狀態，向積分器光學系統20出射。
第2照明光學系統16A為用以將自第2光源部15出射之HDR光LH1 引導至第1空間光調變器17者。第2照明光學系統16A由例如1或複數個透鏡等構成。第2照明光學系統16A設置於第2光源部15與第1空間光調變器17之間之光路上。
第1空間光調變器17為進行入射光之相位調變者，可控制光之波面作成任意光強度分佈。第1空間光調變器17藉由例如液晶面板或MEMS(Micro Electro Mechanical Systems：微機電系統)器件構成。對第1空間光調變器17，入射經由第2照明光學系統16A自第2光源部15出射之HDR光LH1 。第1空間光調變器17基於輸入圖像信號VS且自控制部輸出之驅動信號，調變來自第2光源部15之HDR光LH1 之相位。自第1空間光調變器17出射完成相位調變之光(HDR光LH2 )。第1空間光調變器17設置於第2照明光學系統16A與第3照明光學系統16B之間之光路上。
進行相位調變之第1空間光調變器17可進行第2空間光調變器25之面內之光分配。即，可將光自低亮度區域分配至高亮度區域，且使來自第2光源部15之HDR光LH1 集中於高亮度區域。藉此，提高來自第2光源部15之HDR光LH1 之光之利用效率。
第3照明光學系統16B係用以將第1空間光調變器17之調變後之HDR光LH2 引導至積分器光學系統20者。第3照明光學系統16B例如包含擴散板18與1或複數個透鏡19等而構成。
積分器光學系統20基於第1空間光調變器17之調變後之HDR光LH2 、自第1光源部11出射之SDR光LS ，產生對於第2空間光調變器25之照明光。對第2空間光調變器25，照射藉由積分器光學系統20產生之HDR光LH2 與SDR光LS 之合成光(積分光LHS )作為照明光。積分器光學系統20如上所述包含合波鏡21、一對複眼透鏡(第1複眼透鏡22A及第2複眼透鏡22B)、進而第4照明光學系統而構成。
合波鏡21為用以將自第2錐形透鏡14B以例如具有環狀之空間性光強度分佈之狀態出射之SDR光LS 、與第1空間光調變器17之調變後之HDR光LH2 合波者，且設置於各光路交叉之位置。該合波鏡21相當於本揭示之「光路合成元件」之一具體例。
圖4係模式性顯示合波鏡21之平面構成之一例之圖。合波鏡21例如具有：具有環狀之空間性光強度分佈之SDR光LS 透過之透過部21A、及反射第1空間光調變器17之調變後之HDR光LH2 之反射部21B。合波鏡21例如設為於至少透過SDR光LS 之基板上，將反射塗層至少施加於HDR光LH2 入射之區域的構造。
另，於圖4中，顯示具有1個反射部21B之合波鏡21，但合波鏡21亦可具有複數個反射部21B。又，合波鏡21亦可為僅有與反射部21B相當之部分之構造之反射鏡。
第1複眼透鏡22A及第2複眼透鏡22B例如圖5A所示，具有將複數個透鏡元素221A、221B分別以縱橫矩陣狀配置之第1區域22-1、及未形成透鏡元素221A、221B之第2區域22-2。第2區域22-2係例如藉由與以縱橫矩陣狀配置之複數個透鏡元素221A、221B之例如2×2個量相當之開口而形成。第1複眼透鏡22A之各透鏡元素221A之焦點距離，與第2複眼透鏡22B之各透鏡元素221B之焦點距離大致相等。第1複眼透鏡22A與第2複眼透鏡22B之間之距離，亦可例如與該焦點距離之值相同，又可為該焦點距離之值附近之值。第2複眼透鏡22B設置於第1複眼透鏡22A與第2空間光調變器25之間，更詳細而言設置於第1複眼透鏡22A與偏光轉換元件23之間之光路上。
另，於圖5A中，顯示將第2區域22-2形成於第1複眼透鏡22A及第2複眼透鏡22B之中央部分之例，但並未限定於此。第2區域22-2之位置係設置於SDR光Ls之空間強度較低之位置。
偏光轉換元件23係將入射之光轉換為特定直線偏光(例如P偏光或S偏光)之PS偏光轉換元件。偏光轉換元件23係設置於第2複眼透鏡22B與第2空間光調變器25之間，更詳細而言設置於第2複眼透鏡22B與第4照明光學系統24之間之光路上。
於本實施形態中，自第1光源部11出射之SDR光LS 於第1錐形透鏡14A中整形為環狀之光束輪廓，於第2錐形透鏡14B中被大致平行光化。由第2錐形透鏡14B大致平行光化之SDR光LS ，以具有環狀之空間性光強度分佈之狀態入射至積分器光學系統20。入射至積分器光學系統20之SDR光LS 通過合波鏡21之透過部21A，例如圖5A所示，入射至第1複眼透鏡22A之第1區域22-1。又，例如，於SDR光LS 之光束輪廓整形為4分割對稱之情形，如圖5B所示，入射至第1複眼透鏡22A之第1區域22-1。入射至第1複眼透鏡22A之第1區域22-1之SDR光LS 以透鏡元素221A分割光束，入射至配置於第2複眼透鏡22B之第1區域22-1之透鏡元素221B，向配置於後段之偏光轉換元件23出射。
自第2光源部15出射之HDR光LH1 經由第2照明光學系統16A入射至第2空間光調變器25，且於第1空間光調變器17中經相位調變。調變後之HDR光LH2 經由第3照明光學系統16B入射至積分器光學系統20。入射至積分器光學系統20之HDR光LH2 由合波鏡21之反射部21B向第1複眼透鏡22A反射。由合波鏡21之反射部21B反射之HDR光LH2 例如圖5A所示，透過第1複眼透鏡22A及第2複眼透鏡22B之第2區域22-2，入射至配置於後段之偏光轉換元件23。
偏光轉換元件23如圖6所示，交替配置有偏光分離膜231與反射膜232。該偏光分離膜231及反射膜232相對於例如入射面具有45°之角度。入射至偏光轉換元件23之非偏光由偏光分離膜231偏光分離，且僅透過例如P偏光，反射S偏光。反射之S偏光係由反射膜232再度將光路彎曲90°後，藉由相位差板(1/2波長板)233轉換為P偏光並出射。即，偏光轉換元件23具有透過一偏光之透過光路T、及使另一偏光2階段反射並偏光轉換而出射之反射光路R之2個出射光路。因此，構成第1複眼透鏡22A及第2複眼透鏡22B之1個透鏡元素之寬度(W1)設計為相當於偏光轉換元件23之間距寬度(W2)之大致2倍。即，於第1複眼透鏡22A及第2複眼透鏡22B中，HDR光LH2 入射之未形成透鏡元素221A、221B之第2區域22-2之寬度(W)與偏光轉換元件23之間距寬度之偶數倍一致。又，於偏光轉換元件23，例如，於與第1複眼透鏡22A及第2複眼透鏡22B之第2區域22-2大致對向之位置，具有無作為偏光轉換元件之功能的無效區域23X。
第4照明光學系統24係用以將HDR光LH2 與SDR光LS 之合成光(積分光LHS )引導至第2空間光調變器25者。第4照明光學系統24例如包含1或複數個透鏡等，且設置於偏光轉換元件23與第2空間光調變器25之間之光路上。
第2空間光調變器25係進行入射光之強度調變者，例如藉由透過型液晶面板構成。第2空間光調變器25基於圖像信號VS，調變來自積分器光學系統20之照明光(積分光LHS )並產生投影圖像。第2空間光調變器25設置於積分器光學系統20與投射光學系統26之間之光路上。另，亦可藉由使用反射型液晶面板或微鏡之MEMS器件構成第2空間光調變器25。
於本實施形態中，自第1光源部11出射之SDR光LS 於通過第1照明光學系統12及合波鏡21之透過部21A後，入射至第1複眼透鏡22A之第1區域22-1。該SDR光Ls由積分器光學系統20均一化，且照射至第2空間光調變器25。自第2光源部15出射且由第1空間光調變器17相位調變之HDR光LH2 由合波鏡21之反射部21B反射，且通過第1複眼透鏡22A及第2複眼透鏡22B之第2區域22-2以及第4照明光學系統，照射至第2空間光調變器25。
投射光學系統26係將由第2空間光調變器25產生之投影圖像，放大投影至螢幕27等之投影面者。投射光學系統26例如由1或複數個透鏡等構成。
圖7係顯示控制部30之構成之一例之圖。控制部30如圖7所示，例如包含信號分配電路31、HDR信號電路32、強度調變計算電路33及強度調變信號電路34。
於信號分配電路31，作為圖像信號VS，例如輸入包含高亮度區域之信號VSH 之HDR信號。信號分配電路31將圖像信號VS分配為高亮度區域之信號VSH 與其他信號VSS 。對HDR信號電路32，輸送圖像信號VS中之高亮度區域之信號VSH 。對強度調變計算電路33輸送其他信號VSS 。於其他信號VSS ，包含有於考慮高亮度區域之信號VSH 後，由第2空間光調變器25產生基於圖像信號VS之圖像用的資訊。
HDR信號電路32基於來自信號分配電路31之高亮度區域之信號VSH ，產生驅動第1空間光調變器17之驅動信號。藉此，第1空間光調變器17藉由基於高亮度區域之信號VSH 之驅動信號驅動，調變來自第2光源部15之HDR光LH1 ，並產生與高亮度區域之圖像相當之HDR光LH2 。
強度調變計算電路33根據來自信號分配電路31之信號VSS 與第1光源部11之發光狀態等，計算輸送至強度調變信號電路34之信號。強度調變信號電路34基於自強度調變計算電路33輸送之信號，而產生驅動第2空間光調變器25之驅動信號。藉此，於第2空間光調變器25中，作為投影圖像之一部分，產生至少使用SDR光LS 之低亮度區域之圖像。另一方面，如上所述，因對第2空間光調變器25照射HDR光LH2 與SDR光LS 之合成光(積分光LHS )，故於第2空間光調變器25產生之投影圖像，亦包含高亮度區域之圖像。藉此，產生高動態範圍之投影圖像。
此外，控制部30亦可包含用以控制第1光源部11及第2光源部15之光源控制部。又，控制部30亦可包含例如控制投射光學系統26內之透鏡位置等之透鏡控制部等。
(1-2.投射型顯示裝置之動作) 以下，對本實施形態之投射型顯示裝置1之動作，使用圖8A～圖8D進行說明。列舉自外部輸入圖8A所示之影像作為圖像信號VS之情形為例進行說明。圖8A係包含月之部分之區域1R1、山之部分之區域2R2及背景之區域3R3者。該影像係例如區域1R1之亮度位準為1000，區域2R2之亮度位準為50，區域3R3之亮度位準為0。即，區域1R1與區域2R2之亮度位準之比為20:1。
信號分配電路31選擇圖像信號VS中高亮度區域相關之資訊，例如圖8A之區域1R1相關之資訊，作為信號VSH 輸送至HDR信號電路32。HDR信號電路32以由第1空間光調變器17產生僅具有區域1R1之圖像(圖8B)之方式，控制第1空間光調變器17之驅動部。
驅動第2光源部15及第1空間光調變器17，於擴散板18產生圖8B之圖像。該圖8B之圖像成像於第2空間光調變器25(HDR光LH2 )。
另一方面，若驅動第1光源部11，則來自第1光源部11之SDR光LS 入射至第1複眼透鏡22A。於積分器光學系統20中，將來自第1空間光調變器17之HDR光LH2 與來自第1光源部11之SDR光LS 均一化之光合成(積分光LHS )，且照射至第2空間光調變器25上。積分光LHS 成像於第2空間光調變器25上作為例如圖8C所示之影像。圖8C係例如區域1R1之亮度為2000 cd/m2 ，區域2R2之亮度為100 cd/m2 。
強度調變計算電路33中，考慮根據來自信號分配電路31之信號VSS 與第1光源部11之發光狀態等，於第2空間光調變器25上照明圖8C之影像後，將信號輸送至強度調變信號電路34。強度調變信號電路34以產生例如圖8D所示之影像之方式將信號輸送至第2空間光調變器25之驅動部。圖8D係例如區域1R1之亮度位準為100，區域2R2之亮度位準為100，區域3R3之亮度位準為0。該第2空間光調變器25所產生之影像、與自積分器光學系統20成像於第2空間光調變器25之影像(圖8C)經合成而由投射光學系統26投影至螢幕27上。投影於螢幕27上之影像係區域1R1與區域2R2之亮度位準之比為20:1。即，進行基於圖像信號VS之輸出。
(1-3.作用、效果) 於本實施形態之投射型顯示裝置1中，使用具有複數個透鏡元素221A、221B分別以縱橫矩陣狀配置之第1區域22-1、及未形成透鏡元素221A、221B之第2區域22-2之第1複眼透鏡22A及第2複眼透鏡22B，選擇性對各個第1區域22-1入射SDR光LS ，對第2區域22-2入射HDR光LH2 。藉此，減少第1複眼透鏡22A及第2複眼透鏡22B中之SDR光LS 之獲取損失。又，HDR光LH2 之瞳尺寸被放大。以下，對此進行說明。
於一般之投影機中，對液晶型或MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)型等強度調變面板照射強度分佈均一之照明光，產生投影圖像。因此，投影機可表現之最大亮度為一定，與影像無關。又，照射至影像較暗部分之照明光被遮蔽並捨棄。
近年，提案有一種高動態範圍(HDR)投影機，其藉由將相位調變面板追加至上述一般之投影機，將迄今捨棄之光分配至亮度較高之顯示區域而作成具有與影像匹配之強度分佈之照明光，並將該照明光照射至強度調變面板，藉此而提高可表現之最大亮度。
然而，為了實現HDR投影機，存在因面板之反射率等降低光之利用效率的問題。例如，作為HDR技術，雖可藉由進行2次強度調變，使黑色(亮度較低)之顯示區域部分更黑，但該情形時，因2次強度調變，光之利用效率大幅降低。又，該情形亦無法使較亮(亮度較高)之顯示區域部分更亮。此外，雖亦可藉由使相位調變與強度調變組合而實現HDR，但該情形時，亦因經由相位調變面板，而使光之利用效率一律降低。於此種HDR技術中，因絕對光量變少，故於較亮之視聽環境下，難以觀看影像。因此，提案有一種混合型之高動態範圍投影機，其僅一部分之照明光使用相位調變面板而具有強度分佈，剩餘之照明光與一般之投影機同樣，作為均一照明光(SDR光)照射至強度調變面板，藉此於高亮度區域以外之部分維持特定亮度。
於混合型之高動態範圍投影機中，必須將SDR光與使用相位調變面板而具有強度分佈之照明光(HDR)以任一者合波後照射至強度調變面板。
圖9係顯示專利文獻1所揭示之投射型顯示裝置之HDR光之光學系統及其光路之圖。於圖9所示之光學系統中，於相位調變面板1017與縮小光學系統1019之間及與強度調變面板1025呈共軛關係之第1複眼透鏡1022A之入射面，分別藉由2個中繼光學系統形成有由相位調變面板1017形成之像(中間像A、A’)。於該投射型顯示裝置中，SDR光及HDR光共同具有同一中繼光學系統，例如，使HDR光入射至第1複眼透鏡1022A之1個透鏡元素。因此，產生至少1個透鏡元素量之SDR光之獲取損失。又，HDR光亦因形成於第1複眼透鏡1022A之入射面之中間像A’不得不匹配透鏡元素之大小而自中間像A’使倍率縮小，故一部分之HDR光自第2複眼透鏡1022B之透鏡元素之接收角之外側入射，於第2複眼透鏡1022B中產生獲取損失。再者，一般投影機之投射光學系統之瞳與第2複眼透鏡1022B附近(X)呈共軛關係，根據第1複眼透鏡1022A之透鏡元素之焦點距離、與第1複眼透鏡1022A之透鏡元素與第2複眼透鏡1022B之透鏡元素之距離之關係，於第2複眼透鏡1022B附近(X)，HDR光聚光，因而瞳尺寸變小，HDR光之雷射安全性降低。
該第2複眼透鏡1022B中之HDR光之獲取損失可藉由將透鏡元素之尺寸設得較大而解決。然而，於將透鏡元素之尺寸設得較大之情形，HDR光之光路之部分空間性損失SDR光較多。再者，因透鏡元素之數量減少，故積分器之重疊性降低，亮度均一性降低。
與此相對，於本實施形態中，使用具有複數個透鏡元素221A、221B分別以縱橫矩陣狀配置之第1區域22-1、及未形成透鏡元素221A、221B之第2區域22-2之第1複眼透鏡22A及第2複眼透鏡22B，選擇性對各個第1區域22-1入射SDR光LS ，對第2區域22-2入射HDR光LH2 。藉此，減少第1複眼透鏡22A及第2複眼透鏡22B中之SDR光LS 之獲取損失。又，如圖10所示，因HDR光LH2 未經由第1複眼透鏡22A及第2複眼透鏡22B之透鏡元素221A、221B，進而於第1複眼透鏡22A附近未形成中間像，故第2複眼透鏡22B附近(X)中之瞳尺寸放大。
藉由以上，於本實施形態中，可使SDR光及HDR光之合波效率提高，且提高HDR光之雷射安全性。
接著，對本揭示之變化例進行說明。以下，對與上述實施形態同樣之構成要件，附註同一符號且適當省略其說明。
＜2.變化例＞ 圖11係概略性顯示本揭示之變化例之投射型顯示裝置(投射型顯示裝置1A)之整體構成之圖。該投射型顯示裝置1A係於第1複眼透鏡22A與第2複眼透鏡22B之間配置有合波鏡21者。於該點上，投射型顯示裝置1A與上述投射型顯示裝置1不同。
於本變化例中，將合波鏡21設置於積分器光學系統20中之第1複眼透鏡22A與第2複眼透鏡22B之間之光路上，且將入射至第1複眼透鏡22A後之SDR光LS 、與第1空間光調變器17之調變後之HDR光LH2 於積分器光學系統20中之第1複眼透鏡22A與第2複眼透鏡22B之間之光路中合波。
第1複眼透鏡22A與第2複眼透鏡22B之間，入射至第1複眼透鏡22A之光隨著往後段(第2複眼透鏡22B側)行進，光束徑變小。因此，除上述實施形態之效果外，可進而提高SDR光之利用效率。又，有助於光學系統整體之小型化。
以上，列舉實施形態及變化例說明本揭示，但本揭示並非限定於上述實施形態等者，可進行各種變化。例如，於上述實施形態中例示之光學系統之構成要件、配置及數量等僅為一例，未必具備所有構成要件，此外，亦可進而具備其他構成要件。
例如，於上述實施形態等中，雖使用一對錐形透鏡(第1錐形透鏡14A及第2錐形透鏡14B)將SDR光LS 之空間性光強度分佈整形，但並未限定於此。例如，藉由將構成第1光源部11之固體光源(例如，半導體雷射(LD))配置於例如環形管狀，可不使用一對錐形透鏡，形成例如圖5A所示般之環狀光束輪廓。
又，藉由將構成第1光源部11之固體光源配置為4分割對稱，而可形成圖5B所示般之4分割對稱之空間光強度分佈。再者，藉由使用1對楔形稜鏡，取代一對錐形透鏡(剖視圖與圖1相同)，可形成僅Y軸方向具有雙峰性之輪廓之空間光強度分佈。再者，又藉由使用自由曲面透鏡或DOE(Diffractive Optical Element：繞射光學元件)、HOE(Holographic Optical Element：全息光學元件)、金屬透鏡，取代一對錐形透鏡，可形成任意之空間光強度分佈。
另，本說明書中記載之效果僅為例示，並非限定者，又可有其他效果。
另，本技術亦可採用以下構成。根據以下構成之本技術，使用具有將複數個透鏡以縱橫矩陣狀配置之第1區域及未形成透鏡元素之第2區域之均一照明光學構件，對第1區域入射第1光，對第2區域入射第2光，藉此減少均一照明光學構件中之第1光之損失。又，第2光之瞳尺寸放大。藉此，使SDR光及HDR光之合波效率提高，且可提高雷射安全性。 (1) 一種照明光學系統，其具備： 第1光源部，其出射第1光； 第2光源部，其出射第2光； 光路合成元件，其將上述第1光之光路與上述第2光之光路合成；及 均一照明光學構件，其具有將複數個透鏡元素以縱橫矩陣狀配置之第1區域及未形成上述透鏡元素之第2區域，且對上述第1區域入射上述第1光，對上述第2區域入射上述第2光。 (2) 如上述(1)之照明光學系統，其進而具備：整形光學構件，其配置於上述第1光源部與上述光路合成元件之間之光路，且使上述第1光具有與上述第1區域對應之空間性光強度分佈。 (3) 如上述(1)或(2)之照明光學系統，其中上述均一照明光學構件包含一對第1複眼透鏡及第2複眼透鏡。 (4) 如上述(3)之照明光學系統，其中上述一對第1複眼透鏡及上述第2複眼透鏡依此序配置，且至少上述第2複眼透鏡具有上述第1區域及上述第2區域。 (5) 如上述(1)至(4)中任一項之照明光學系統，其中上述光路合成元件具有使上述第1光及上述第2光之一者透過之透過區域、及使上述第1光及上述第2光之另一者向上述一者之光路方向反射之反射區域。 (6) 如上述(2)至(5)中任一項之照明光學系統，其中上述整形光學構件具有相對於上述第1光旋轉對稱或4分割對稱之空間性光強度分佈。 (7) 如上述(6)之照明光學系統，其中上述整形光學構件包含一對錐形透鏡。 (8) 如上述(1)至(7)中任一項之照明光學系統，其進而具有：第1空間光調變器，其配置於上述第2光源部與上述光路合成元件之間之光路，且上述第2光入射。 (9) 如上述(8)之照明光學系統，其中上述第1空間光調變器進行上述第2光之相位調變。 (10) 如上述(1)至(9)中任一項之照明光學系統，其進而具有通過上述均一照明光學構件後之上述第1光及上述第2光入射的偏光轉換元件。 (11) 如上述(10)之照明光學系統，其中上述均一照明光學構件之上述第2區域之寬度，與上述偏光轉換元件之間距寬度之偶數倍大致一致。 (12) 如上述(2)至(11)中任一項之照明光學系統，其中上述光路合成元件配置於上述均一照明光學構件與上述整形光學構件之間之光路。 (13) 如上述(3)至(12)中任一項之照明光學系統，其中上述光路合成元件配置於上述第1複眼透鏡與上述第2複眼透鏡之間之光路。 (14) 一種投射型顯示裝置，其具備： 照明光學系統； 圖像產生光學系統，其產生基於所輸入之影像信號而調變來自上述照明光學系統之光之圖像光；及 投射光學系統，其投射上述圖像產生光學系統所產生之圖像光； 上述照明光學系統具有： 第1光源部，其出射第1光； 第2光源部，其出射第2光； 光路合成元件，其將上述第1光之光路與上述第2光之光路合成；及 均一照明光學構件，其具有複數個透鏡元素以縱橫矩陣狀配置之第1區域及未形成上述透鏡元素之第2區域，且對上述第1區域入射上述第1光，對上述第2區域入射上述第2光。 (15) 如上述(14)之投射型顯示裝置，其中作為上述圖像產生光學系統，於上述照明光學系統與上述投射光學系統之間之光路，進而具有第2空間光調變器。 (16) 如上述(15)之投射型顯示裝置，其中上述第2空間光調變器進行來自上述照明光學系統之光之強度調變。
本申請案係基於在日本國專利局於2020年4月7日申請之日本專利申請案號2020-068989號而主張優先權者，該申請案之所有內容以引用之方式併入本申請案中。
若為本領域技術人員，則可根據設計上之需要或其他要因而想到各種修正、組合、次組合、及變更，但應理解為該等亦包含於隨附之申請專利範圍及其均等物之範圍內。
1:投射型顯示裝置 1A:投射型顯示裝置 11:第1光源部 12:第1照明光學系統 13:透鏡 14A:第1錐形透鏡 14B:第2錐形透鏡 15:第2光源部 16A:第2照明光學系統 16B:第3照明光學系統 17:第1空間光調變器 18:擴散板 19:透鏡 20:積分器光學系統 21:合波鏡 21A:透過部 21B:反射部 22-1:第1區域 22-2:第2區域 22A:第1複眼透鏡 22B:第2複眼透鏡 23:偏光轉換元件 23X:無效區域 24:第4照明光學系統 25:第2空間光調變器 26:投射光學系統 27:螢幕 30:控制部 31:信號分配電路 32:HDR信號電路 33:強度調變計算電路 34:強度調變信號電路 110:陣列光源 111:激發用光源 112:激發用光學系統 113:波長轉換部 221A:透鏡元素 221B:透鏡元素 231:偏光分離膜 232:反射膜 233:相位差板 1017:相位調變面板 1019:縮小光學系統 1022A:第1複眼透鏡 1022B:第2複眼透鏡 1025:強度調變面板 A:中間像 A’:中間像 LH1 :HDR光 LH2 :HDR光 LHS :積分光 LS :SDR光 R:反射光路 R1:區域 R2:區域 R3:區域 T:透過光路 VS:圖像信號 VSH :信號 VSS :信號 W:寬度 W1:透鏡元素之寬度 W2:間距寬度
圖1係顯示本揭示之一實施形態之投射型顯示裝置之整體構成之概略圖。 圖2係顯示第1光及第2光之分光特性之一例之特性圖。 圖3係顯示圖1所示之第1光源部之構成之一例之概略圖。 圖4係顯示圖1所示之合波鏡之構成之一例之俯視模式圖。 圖5A係顯示圖1所示之第1複眼透鏡之平面構成之一例以及SDR光LS 及HDR光LH2 之入射位置之一例之模式圖。 圖5B係顯示圖1所示之第1複眼透鏡之平面構成之一例以及SDR光LS 及HDR光LH2 之入射位置之其他例之模式圖。 圖6係說明圖1所示之第2複眼透鏡與偏光轉換元件之關係之圖。 圖7係顯示圖1所示之控制部之構成之一例之方塊圖。 圖8A係顯示輸入至圖7所示之信號分配電路之影像之一例之俯視圖。 圖8B係顯示輸送至圖7所示之HDR信號電路之高亮度區域之影像之一例之俯視圖。 圖8C係顯示自圖7所示之積分器光學系統照射至第2空間光調變器之影像之一例之俯視圖。 圖8D係顯示自圖7所示之強度調變信號電路輸送用以驅動第2空間光調變器之影像之一例之俯視圖。 圖9係說明一般之HDR光之光學系統及HDR光之光路之圖。 圖10係說明本實施形態之HDR光之光路之圖。 圖11係顯示本揭示之變化例1之投射型顯示裝置之整體構成之概略圖。
1:投射型顯示裝置
11:第1光源部
12:第1照明光學系統
13:透鏡
14A:第1錐形透鏡
14B:第2錐形透鏡
15:第2光源部
16A:第2照明光學系統
16B:第3照明光學系統
17:第1空間光調變器
18:擴散板
19:透鏡
20:積分器光學系統
21:合波鏡
21A:透過部
21B:反射部
22A:第1複眼透鏡
22B:第2複眼透鏡
23:偏光轉換元件
24:第4照明光學系統
25:第2空間光調變器
26:投射光學系統
27:螢幕
30:控制部
LS:SDR光
LH1:HDR光
LH2:HDR光
LHS:積分光
VS:圖像信號

Claims (16)

  1. 一種照明光學系統，其包含： 第1光源部，其出射第1光； 第2光源部，其出射第2光； 光路合成元件，其將上述第1光之光路與上述第2光之光路合成；及 均一照明光學構件，其具有將複數個透鏡元素以縱橫矩陣狀配置之第1區域、及未形成上述透鏡元素之第2區域，且對上述第1區域入射上述第1光，對上述第2區域入射上述第2光。
  2. 如請求項1之照明光學系統，其進而包含：整形光學構件，其配置於上述第1光源部與上述光路合成元件之間之光路，且使上述第1光具有與上述第1區域對應之空間性光強度分佈。
  3. 如請求項1之照明光學系統，其中上述均一照明光學構件包含一對第1複眼透鏡及第2複眼透鏡。
  4. 如請求項3之照明光學系統，其中上述一對第1複眼透鏡及上述第2複眼透鏡係依此序配置，且至少上述第2複眼透鏡具有上述第1區域及上述第2區域。
  5. 如請求項1之照明光學系統，其中上述光路合成元件具有使上述第1光及上述第2光之一者透過之透過區域、及使上述第1光及上述第2光之另一者向上述一者之光路方向反射之反射區域。
  6. 如請求項2之照明光學系統，其中上述整形光學構件具有相對於上述第1光旋轉對稱或4分割對稱之空間性光強度分佈。
  7. 如請求項6之照明光學系統，其中上述整形光學構件包含一對錐形透鏡。
  8. 如請求項1之照明光學系統，其進而包含：第1空間光調變器，其配置於上述第2光源部與上述光路合成元件之間之光路，且上述第2光入射。
  9. 如請求項8之照明光學系統，其中上述第1空間光調變器進行上述第2光之相位調變。
  10. 如請求項1之照明光學系統，其進而包含通過上述均一照明光學構件後之上述第1光及上述第2光入射的偏光轉換元件。
  11. 如請求項10之照明光學系統，其中上述均一照明光學構件之上述第2區域之寬度，與上述偏光轉換元件之間距寬度之偶數倍大致一致。
  12. 如請求項2之照明光學系統，其中上述光路合成元件配置於上述均一照明光學構件與上述整形光學構件之間之光路。
  13. 如請求項3之照明光學系統，其中上述光路合成元件配置於上述第1複眼透鏡與上述第2複眼透鏡之間之光路。
  14. 一種投射型顯示裝置，其包含： 照明光學系統； 圖像產生光學系統，其產生基於所輸入之影像信號而調變來自上述照明光學系統之光之圖像光；及 投射光學系統，其投射上述圖像產生光學系統所產生之圖像光； 上述照明光學系統包含： 第1光源部，其出射第1光； 第2光源部，其出射第2光； 光路合成元件，其將上述第1光之光路與上述第2光之光路合成；及 均一照明光學構件，其具有將複數個透鏡元素以縱橫矩陣狀配置之第1區域、及未形成上述透鏡元素之第2區域，且對上述第1區域入射上述第1光，對上述第2區域入射上述第2光。
  15. 如請求項14之投射型顯示裝置，其中作為上述圖像產生光學系統，於上述照明光學系統與上述投射光學系統之間之光路，進而包含第2空間光調變器。
  16. 如請求項15之投射型顯示裝置，其中上述第2空間光調變器進行來自上述照明光學系統之光之強度調變。
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