WO2021166807A1 - 光源装置、及び画像表示装置 - Google Patents

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大川 真吾
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ソニーグループ株式会社
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    • H05B45/00Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/10Controlling the intensity of the light

Definitions

  • This technology relates to a light source device and an image display device.
  • Patent Document 1 discloses a light intensity distribution control element that can be used in a light projecting device or the like.
  • This light intensity distribution control element reflects and propagates light emitted from a light emitting element made of an LED or the like at a large angle with the optical axis in a concave mirror. This propagating light is refracted by the concave lens so as to be parallel to the optical axis and emitted.
  • the light projected from the light emitting element can be efficiently emitted forward, and the emitted light having a high power density can be obtained (paragraphs [0014] [0017] of the specification of Patent Document 1. Figures 1, 10 etc.).
  • an object of the present technology is to provide a light source device capable of controlling the state of emitted light and an image display device.
  • the light source device includes one or more light emitting units and one or more optical members.
  • the one or more light emitting units emit divergent light including a plurality of lights having different emission angles with respect to the optical axis.
  • the one or more optical members are arranged on the optical axis of each of the one or more light emitting portions, and have an incident surface, an internal side surface, and an exit surface.
  • the divergent light emitted from the light emitting unit is incident on the incident surface.
  • the internal side surface reflects the divergent light incident on the incident surface inside the optical member.
  • the exit surface emits the divergent light reflected by the internal side surface in the direction of the optical axis.
  • each of the plurality of lights having different emission angles emitted from the emission surface irradiates an irradiation range corresponding to the emission angle with reference to the position of the optical axis. It is configured to be. Further, each of the one or more optical members is configured such that the size of the irradiation range corresponding to the emission angle of each of the plurality of lights has a predetermined distribution.
  • an optical member having an incident surface, an internal side surface, and an emitting surface is arranged on the optical axis of the light emitting unit that emits divergent light.
  • the optical member is configured so that each of the plurality of lights included in the divergent light is irradiated in an irradiation range according to the emission angle. Further, the optical member is configured so that the size of each irradiation range of the plurality of lights has a predetermined distribution. This makes it possible to control the state of the emitted light emitted from the emitting surface.
  • the irradiation range corresponding to the emission angle of each of the plurality of lights may be configured around the position of the optical axis.
  • the difference between the maximum value and the minimum value of the magnitude of the irradiation range corresponding to the emission angle of each of the plurality of lights is larger than a predetermined threshold value, and depends on the emission angle.
  • the magnitude of the irradiation range may be configured to be continuously distributed between the maximum value and the minimum value.
  • the difference between the maximum value and the minimum value of the maximum distance from the position of the optical axis in the irradiation range corresponding to the emission angle of each of the plurality of lights is larger than a predetermined threshold value. It may be configured so that the maximum distance from the position of the optical axis of the irradiation range corresponding to the emission angle is continuously distributed between the maximum value and the minimum value.
  • Each of the one or more optical members may be configured such that the irradiation range corresponding to the emission angle of each of the plurality of lights is different from each other.
  • the illuminance of the divergent light emitted from the emitting surface and irradiated to the irradiated surface arranged on the optical axis is at the position of the optical axis on the irradiated surface. It may be configured to reach a maximum and continuously decrease as the distance from the position of the optical axis increases.
  • Each of the one or more optical members may be configured such that the ratio of the illuminance of the divergent light applied to the irradiated surface to decrease as the distance from the position of the optical axis decreases within a predetermined range. ..
  • Each of the one or more optical members may have the shape of a rotating body centered on the optical axis.
  • Each of the one or more optical members may have a bullet-shaped shape with the optical axis as the central axis.
  • the incident surface may have a concave shape having a position on the optical axis as an apex when viewed from the light emitting portion side along the direction of the optical axis.
  • the incident surface may have a lens surface that projects toward the optical axis from the apex to the end on the issuing portion side.
  • the exit surface may have a concave shape centered on a position on the optical axis when viewed from the side where the divergent light is emitted along the direction of the optical axis.
  • the exit surface may have a lens surface that is concave with respect to the optical axis from the center to the end on the side where the divergent light is emitted.
  • the internal side surface may be configured to surround the optical axis and may have a reflective surface that is concave with respect to the optical axis.
  • the internal side surface may be configured such that the inclination angle with respect to the optical axis changes continuously from the entrance surface side to the exit surface side.
  • the internal side surface may be configured such that the rate of change of the inclination angle with respect to the optical axis continuously decreases from the incident surface to the exit surface in the optical axis cross section.
  • Each of the one or more light emitting units has an emission region for emitting the divergent light, and the divergent light may be emitted with each point in the emission region as an emission point.
  • the one or more light emitting parts may be a plurality of light emitting parts.
  • the one or more optical members may be a plurality of optical members.
  • the light source device may further include an emission control unit that can individually control the drive of each of the plurality of light emitting units.
  • the emission control unit may be capable of executing local dimming method control.
  • the image display device includes the light source device, an image generation system, and a projection system.
  • the image generation system generates an image based on the light from the light source device.
  • the projection system projects an image generated by the image generation system.
  • FIG. 31A and 31A and B It is a graph which shows the relationship between the emission angle and the optical axis range when the light ray control member which concerns on 3rd Embodiment is used. It is a schematic diagram which shows the illuminance distribution of the divergence light E irradiated on the irradiated surface. It is a graph which shows the illuminance distribution in the HH line shown in FIGS. 34A and 34A and B. It is a schematic diagram which shows the outer shape of the light ray control member arranged with respect to a plurality of LEDs.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line JJ shown in FIG. It is a schematic diagram which shows the structural example of the light source unit which concerns on other embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a configuration example of an image display device according to a first embodiment of the present technology.
  • the image display device 500 is used, for example, as a projector for a presentation or a digital cinema.
  • the present technology described below can also be applied to image display devices used for other purposes.
  • the image display device 500 includes three light source units 40, an image generation system 10, a projection system 20, and a controller 25.
  • the three light source units 40 include a light source unit 40R that emits red light R, a light source unit 40G that emits green light G, and a light source unit 40B that emits blue light B.
  • Each of the three light source units 40 has a plurality of LEDs (Light Emitting Diodes) 41, and can irradiate a predetermined irradiation region with the light emitted from the LED 41.
  • LEDs Light Emitting Diodes
  • the light source unit 40R has a plurality of red LEDs 41R capable of emitting red light R, and the light source unit 40G irradiating the red light R has a plurality of green LEDs 41G capable of emitting green light G, and emits green light G. It is possible to irradiate.
  • the light source unit 40B has a plurality of blue LEDs 41B capable of emitting blue light B, and can irradiate the blue light B.
  • the configurations of the light source units 40R, 40G, and 40G are substantially equal to each other.
  • the image generation system 10 can generate an image based on the red light R, the green light G, and the blue light B emitted from the three light source units 40.
  • the image generation system 10 has three transmission type light modulation elements 11 and a dichroic prism 12.
  • the three light modulation elements 11 include a light modulation element 11R for red light, a light modulation element 11G for green light, and a light modulation element 11B for blue light.
  • the three light modulation elements 11 modulate and transmit the incident light based on the image signals corresponding to the respective colors supplied from the outside.
  • the modulated light is emitted as image light (light that constitutes an image).
  • the light modulation element 11R modulates the red light R emitted from the light source unit 40R to emit the red image light constituting the red image.
  • the light modulation element 11G modulates the green light G emitted from the light source unit 40B to emit the green image light constituting the green image.
  • the light modulation element 11B modulates the blue light B emitted from the light source unit 40B to emit the blue image light constituting the blue image.
  • the light modulation element is also called a spatial modulation element.
  • the light modulation element 11 has a pixel region capable of modulating the incident light.
  • the light applied to the pixel region is modulated for each pixel to generate image light.
  • the light source unit 40 that emits each color light of RGB and the light modulation element 11 for each color light are positioned so as to irradiate the pixel region of the light modulation element 11 with the light emitted from the light source unit 40. Designed accordingly.
  • the light source unit 40 is arranged so that the optical axis L1 of the light source unit 40 intersects the pixel region of the light modulation element 11 substantially perpendicularly.
  • three light modulation elements 11R, 11G, and 11B for each color light of RGB are arranged so as to surround the dichroic prism 12 from three sides.
  • the light source units 40R, 40G, and 40B are arranged at positions where the color light corresponding to each pixel region of the light modulation elements 11R, 11G, and 11B can be irradiated.
  • the light source units 40R and 40B are arranged so as to face each other so as to sandwich the dichroic prism 12.
  • the light source unit 40G is arranged toward the dichroic prism 12 from a direction substantially orthogonal to the direction in which the light source units 40R and 40B face each other.
  • the light modulation element 11R is arranged on the light source unit 40R optical axis L1.
  • the light modulation element 11G is arranged on the light source unit 40G optical axis L1.
  • the light modulation element 11B is arranged on the light source unit 40R optical axis L1.
  • the dichroic prism 12 is configured by, for example, joining a plurality of glass prisms (four substantially isomorphic right-angled isosceles prisms). Two interference films having predetermined optical characteristics are formed on the joint surface of each glass prism.
  • the first interference film reflects blue light B and transmits red light R and green light G.
  • the second interference film reflects the red light R and transmits the blue light B and the green light G. Therefore, the red image light and the blue image light are reflected by the joint surface, and the green image light G is transmitted through the joint surface.
  • the image lights of each color of RGB are combined on the same optical path, and the image light W constituting the color image is generated.
  • the projection system 20 projects an image (image light W) generated by the image generation system 10.
  • the projection system 20 has a plurality of lenses (not shown) and the like, magnifies the image light W to a predetermined magnification, and projects the image light W onto a projection object 1 such as a screen. This will display a full color image.
  • the controller 25 has hardware necessary for configuring a computer, such as a CPU, a processor such as a GPU and a DSP, a memory such as a ROM and a RAM, and a storage device such as an HDD.
  • a computer such as a CPU, a processor such as a GPU and a DSP, a memory such as a ROM and a RAM, and a storage device such as an HDD.
  • the CPU or the like to control each mechanism in the image display device 500 by loading the control program, which is recorded in advance in the ROM or the like, into the RAM and executing the control program.
  • the configuration of the controller 25 is not limited, and any hardware and software may be used. Of course, hardware such as FPGA and ASIC may be used.
  • the position where the controller 25 is configured in the image display device 500 is not limited, and may be arbitrarily designed.
  • the program is installed in the image display device 500, for example, via various recording media. Alternatively, the program may be installed via the Internet or the like.
  • the controller 25 can control the drive of each of the RGB light source units 40 and each of the RGB light modulation elements 11. In particular, it is possible to individually control the drive of a plurality of LEDs 41 included in the light source unit 40 for each light source unit 40. That is, in the present embodiment, it is possible to execute local dimming (partial drive) control for a plurality of LEDs 41.
  • the light source unit 40 corresponds to one embodiment of the light source device according to the present technology.
  • the controller 25 corresponds to one embodiment of the emission control unit according to the present technology.
  • FIG. 2 is a schematic view showing a configuration example of the light source unit 40.
  • the light source unit 40 includes a light source substrate 42 on which a plurality of LEDs 41 are mounted, a plurality of light ray control members 43, and a magnification changing optical system 44.
  • FIG. 3 is a schematic view showing a configuration example of the light source substrate 42.
  • a total of 15 LEDs 41 of 3 ⁇ 5 arranged in two orthogonal directions are mounted on the light source substrate 42 in a matrix.
  • the axis extending from the center of each LED 41 in the direction perpendicular to the light source substrate 42 is the optical axis L2 of each LED 41.
  • the LED 41 emits divergent light E along the optical axis L2.
  • the optical axis L2 of the LED 41 arranged in the center is referred to as the optical axis L1 of the light source unit 40.
  • the LED 41 functions as a point light source. That is, the light source unit 40 according to the present embodiment has 15 point-shaped light sources arranged in a matrix.
  • the number of LEDs 41 and the arrangement configuration of the LEDs 41 are not limited, and may be arbitrarily designed.
  • the direction of the optical axis L2 (L1) may be the front-back direction, the side on which the LED 41 is arranged is referred to as "rear”, and the side on which the divergent light E is emitted is referred to as "front”. ..
  • one or more LEDs 41 correspond to one or more light emitting units.
  • the plurality of light ray control members 43 are arranged on the respective optical axes L2 of the plurality of LEDs 41.
  • Each of the plurality of light ray control members 43 has the same configuration as each other, and the arrangement configuration with respect to the LED 41 (arrangement direction, positional relationship with the LED 41, etc.) is also the same.
  • the light ray control member 43 has an incident surface 45, an internal side surface 46, and an emitted surface 47.
  • the divergent light E emitted from the LED 41 is incident on the incident surface 45.
  • the inner side surface 46 reflects the divergent light E incident on the incident surface 45 inside the light ray control member 43.
  • the exit surface 47 emits the divergent light E reflected by the inner side surface 46 in the direction of the optical axis L2.
  • the light ray control member 43 can control the state of the divergent light E emitted from the LED 41 along the direction of the optical axis L2 and emit the light along the same direction of the optical axis L2.
  • the light emitted from the light ray control member 43 will be referred to as emitted light E using the same reference numerals.
  • the light ray control member 43 corresponds to an optical member.
  • the magnification changing optical system 44 includes a Fresnel lens 48 and a biconcave lens 49.
  • the magnification changing optical system 44 is configured as an afocal optical system with reference to the optical axis L2 of the light source unit 40.
  • the magnification changing optical system 44 is an optical system for reducing or enlarging the irradiation surface (irradiation range) of the entire light beam emitted from the plurality of light ray control members 43 of the light source unit 40.
  • the magnification changing optical system 44 reduces the irradiation range of the light rays emitted from the light source unit 40, and irradiates the light modulation element 11 having a size smaller than that of the light source matrix composed of a plurality of LEDs 41 with light. This makes it possible to reduce the size of the device.
  • the magnification changing optical system 44 may be configured so that the irradiation range of the light rays emitted from the light source unit 40 is expanded.
  • the Fresnel lens 48 has a positive focal length (positive refractive power) and is arranged on the front side of each emission surface 47 of the plurality of light ray control members 43.
  • the Fresnel lens 48 collects the emitted light E emitted from each of the emitting surfaces 47 of the plurality of light ray control members 43 and enters the biconcave lens 49.
  • the biconcave lens 49 emits the incident light in the direction of the optical axis L1 of the light source unit 40 (the direction of the optical axis L2 of each LED 41).
  • the emitted light E emitted from each light ray control member 43 in the direction of the optical axis L2 is reduced by the magnification changing optical system 44 and emitted in the same direction of the optical axis L2.
  • the emitted light E emitted from the biconcave lens 49 irradiates the pixel region of the light modulation element 11.
  • the optical axis of the light refracted by the Fresnel lens 48 and the optical axis of the light collimated again by the biconcave lens 49 may also be described as the optical axis L1 of the LED 41.
  • the luminous flux is reduced. That is, the size of the luminous flux is small around the optical axis L1.
  • the emission characteristics such as the divergence angle with respect to the optical axis L1 are maintained.
  • the irradiation range when the irradiated surface is arranged at the position of the light modulation element 11 shown in FIGS. 2 and 4 and the irradiation range when the irradiated surface is arranged at the position of the Fresnel lens 48 are compared.
  • the irradiation range is reduced by a predetermined magnification, but the shape of the irradiation range, the relative illuminance distribution in the luminous flux, and the like are substantially maintained.
  • the optical axis L1 of the light source unit 40 (the optical axis L2 of the LED 41 in the center) is aligned with the center of the pixel region of the light modulation element 11. Therefore, the divergent light E emitted from the central LED 41 shown in FIG. 2 irradiates the central region of the pixel region of the light modulation element 11. Then, the positional relationship of each LED 41 in the light source substrate 42 is reflected in the position of the region where the light is irradiated in the pixel region of the light modulation element 11. That is, the divergent light E from the LED 41 to the right of the central LED 41 is applied to the region to the left of the central region of the pixel region.
  • the divergent light E from the LED 41 in the upper right corner is the area in the upper left corner of the pixel area.
  • the controller 25 can execute the control of the local dimming (partial drive) method for the plurality of LEDs 41.
  • the local dimming method it is possible to irradiate only the necessary region of the pixel region with light, control the power of the light radiated to each partial region with respect to the pixel region, and the like. This makes it possible to improve the contrast of the image projected by the projection system 20. Further, since the necessary LED 41 may be driven with the necessary power, it is possible to reduce the power consumption.
  • FIG. 5 is an enlarged view of the LED 41.
  • the LED 41 has a die (chip) 51 that emits divergent light E.
  • the axis extending from the center of the die 51 corresponds to the optical axis L2 of the LED 41.
  • the angle of the LED 41 with respect to the optical axis L2 is defined as the emission angle ⁇ .
  • the light emitted along the direction of the optical axis L2 has an emission angle of 0 degrees.
  • the emission angle ⁇ increases as the emission direction deviates from the direction of the optical axis L2.
  • the light emitted in the direction inclined by 10 degrees with respect to the optical axis L2 becomes the light having an emission angle of 10 degrees. Further, the light emitted in the direction inclined by 30 degrees with respect to the optical axis becomes the light having an emission angle of 30 degrees.
  • light having an emission angle ⁇ is shown on the upper side and the lower side in the figure, respectively.
  • all light having the same intersection angle with the optical axis L2 (light emitted at the same intersection angle around 360 degrees around the optical axis L2) is defined as light having the same emission angle ⁇ .
  • a light having an emission angle of 10 degrees includes the entire light emitted over the periphery of the optical axis L2 at an angle that intersects the optical axis L2 at an angle of 10 degrees with the optical axis L2 as the center.
  • the divergent light E will be described as light including a plurality of lights having different emission angles ⁇ with respect to the optical axis of the LED 41.
  • the present technology will be described using expressions such as light having an emission angle of 10 degrees included in divergent light and light having an emission angle of 30 degrees included in divergent light.
  • FIG. 6 is a schematic view showing the die 51 of the LED 41.
  • FIG. 6A is a front view when the die 51 is viewed from the emission side of the divergent light E along the direction of the optical axis L2.
  • FIG. 6B is a side view of the die 51 as viewed from the side.
  • the divergent light E emitted from the LED 41 is emitted not only from the center of the die 51 (the position of the optical axis L2) but also from the entire die 51. That is, the divergent light E is emitted with each point in the die 51 as an emission point 52.
  • the emission points 52 are not arranged at equal intervals, and the divergent light E is emitted from the entire emission surface 53 of the die 51 shown in FIG. 6A.
  • the angle with respect to the direction of the optical axis L2 is also defined as the emission angle ⁇ .
  • all the light emitted from each emission point 52 along the direction of the optical axis L2 is light having an emission angle of 0 degrees.
  • the light emitted from each emission point 52 in a direction inclined by 10 degrees from the direction of the optical axis L2 is all light having an emission angle of 10 degrees.
  • the light emitted from one emission point 52 at an emission angle of 10 degrees is an angle that intersects the axis at an angle of 10 degrees with respect to the axis extending from the emission point 52 in the direction of the optical axis L2.
  • the size of the die 51 is, for example, a size of 5 mm ⁇ 5 mm.
  • the present technology is not limited to this, and the present technology can be applied to dies 51 of any size.
  • the shape of the die 51 is not limited.
  • the exit surface 53 of the die 51 corresponds to an emission region that emits divergent light E.
  • FIG. 7 is a schematic view showing a configuration example of the light ray control member 43.
  • FIG. 7A is a side view of the light ray control member 43 when viewed from the side.
  • FIG. 7B is a cross-sectional view (hereinafter, referred to as an optical axis cross section) when the light ray control member 43 is cut along the optical axis L2.
  • the optical axis L2 direction of the LED 41 is the Z direction.
  • FIG. 7A is a side view when the light ray control member 43 is viewed from the X direction.
  • FIG. 7B is an optical axis cross section when the light ray control member 43 is cut from the Y direction orthogonal to each of the X direction and the Z direction along the optical axis L2.
  • the light ray control member 43 has an incident surface 45, an internal side surface 46, and an emitted surface 47, and is arranged on the optical axis L2 of the LED 41.
  • the light ray control member 43 has the shape of a rotating body centered on the optical axis L2. Therefore, the cross sections of the optical axes obtained by cutting the light ray control member 43 from an arbitrary direction around the optical axis L2 along the optical axis L2 have substantially the same cross-sectional shape.
  • the light ray control member 43 has a bullet-shaped shape with the optical axis L2 as the central axis.
  • the bullet-shaped shape typically consists of a rotating body with a central axis.
  • the shape is such that the cross-sectional area becomes smaller toward the tip in the direction of the central axis.
  • the incident surface 45 is formed on the tip side (the side where the cross-sectional area becomes smaller) of the bullet-shaped shape, and the incident surface 45 is directed toward the LED 41 side.
  • the inner side surface 46 is configured so that the cross-sectional area becomes larger toward the front side (the traveling direction side of the divergent light E), and the exit surface 47 is formed at the end on the opposite side.
  • the position before reaching the exit surface 47 is the peak of the cross-sectional area, and the cross-sectional area is slightly smaller from there.
  • the light ray control member is not limited to the bullet-shaped shape.
  • FIG. 8 is a schematic view showing a configuration example of the incident surface 45.
  • FIG. 8A is an enlarged view of the incident surface 45 in the optical axis cross section shown in FIG. 7B.
  • FIG. 8B is a front view of the incident surface 45 when viewed from the LED 41 side along the direction of the optical axis L2.
  • the incident surface 45 has a weight-like concave shape. That is, the incident surface 45 has a concave shape with the position on the optical axis L2 as the apex 55 when viewed from the LED 41 side along the direction of the optical axis L2. Therefore, the incident surface 45 has a concave shape with respect to the LED 41. Further, as shown in FIG.
  • the incident surface 45 has a lens surface 57 projecting toward the optical axis L2 from the apex 55 on the optical axis L2 to the end portion 56 on the LED41 side. That is, the incident surface 45 has a lens surface 57 that protrudes toward the optical axis L2 when viewed from the LED 41 side along the direction of the optical axis L2, and is configured over the periphery of the optical axis L2.
  • the lens surface 57 exerts a positive refractive power on light emitted from the LED 41 at various emission angles, and emits light toward the inner side surface 46.
  • the shape of the lens surface 57 is appropriately designed according to the position where each of the plurality of lights having different emission angles is incident.
  • the lens surface 57 is formed around the optical axis L2, it is possible to appropriately split the light emitted along the optical axis L2 at various emission angles and guide the light to the inner side surface 46.
  • FIG. 8A in the optical axis cross section, two curves protruding toward the optical axis L2 connecting the apex 55 to the end 56 on the LED41 side are symmetrically arranged about the optical axis L2. Has a shaped shape. When these two curves (or one of them) are rotated with the optical axis L2 as the rotation axis, the shape of the incident surface 45 is realized.
  • FIG. 9 is a schematic view showing a configuration example of the exit surface 47.
  • 9A is an enlarged view of the exit surface 47 in the optical axis cross section shown in FIG. 7B.
  • FIG. 9B is a schematic view of the exit surface 47 when viewed from the side where the divergent light E is emitted (the side opposite to the LED 41) along the direction of the optical axis L2.
  • the exit surface 47 has a concave shape. That is, the exit surface 47 has a concave shape centered on the position on the optical axis L when viewed from the side where the divergent light E is emitted along the direction of the optical axis L2.
  • the exit surface 47 has a concave shape with respect to the side from which the divergent light E is emitted. Therefore, in the present embodiment, the light ray control member 43 has a cannonball-shaped shape as an overall outer shape, and both ends along the direction of the optical axis L2 have a shape recessed inward. Further, as shown in FIG. 9A, the exit surface 47 has a lens surface 60 that is concave with respect to the optical axis L2 from the center 58 on the optical axis L2 to the end portion 59 on the side where the divergent light E is emitted.
  • the exit surface 47 has a lens surface 60 that is concave with respect to the optical axis L2 when viewed from the side where the divergent light E is emitted along the direction of the optical axis L2, and is configured over the periphery of the optical axis L2. ing.
  • the lens surface 60 exerts a negative refractive power on the light of various emission angles reflected by the internal side surface 46, and emits light in the direction of the optical axis L2.
  • the shape of the lens surface 60 is appropriately designed according to the position where each of the plurality of lights having different emission angles is incident. This makes it possible to apply different refractive powers to each of the plurality of lights.
  • the exit surface 47 has two curves that are concave with respect to the optical axis L2 connecting the end portions 59 on the side where the divergent light E is emitted from the center 58 in the optical axis cross section. It has a shape symmetrically arranged about the axis L2. When these two curves (or one of them) are rotated with the optical axis L2 as the rotation axis, the shape of the exit surface 47 is realized.
  • the inner side surface 46 is configured to surround the optical axis L2 between the entrance surface 45 and the exit surface 47.
  • the inner side surface 46 is configured such that the inclination angle with respect to the optical axis L2 changes continuously from the entrance surface 45 side to the exit surface 47 side. Therefore, in the optical axis cross section shown in FIG. 7B, the inner side surface 46 constitutes two curves in which the inclination angle with respect to the optical axis L2 continuously changes from the incident surface 45 side to the exit surface 47 side. Conversely, when these two curves (or one of them) are rotated with the optical axis L2 as the rotation axis, the shape of the inner side surface 46 is realized.
  • the continuous change includes the case where the same value is maintained in the middle of the change.
  • the inner side surface 46 has a shape protruding outward with respect to the optical axis L2. Therefore, when the inner side surface 46 is viewed from the inner side of the light ray control member 43, that is, when the inner side surface 46 is viewed from the incident direction of the light rays incident on the inner side surface 46, the inner side surface 46 has a concave curved surface.
  • the inner side surface 46 reflects light from the incident surface 45 at various emission angles toward the exit surface 47.
  • the shape of the inner side surface 46 is appropriately designed according to the position where each of the plurality of lights having different emission angles is incident.
  • the internal side surface 46 is formed around the optical axis L2, it is possible to appropriately reflect the light of various emission angles guided from the incident surface 45.
  • the divergent light E incident on the weight-shaped concave incident surface 45 is totally reflected by the internal side surface 46, and then emitted from the curved surface concave exit surface 47 in the direction of the optical axis L2. ..
  • the incident surface 45, the internal side surface 46, and the exit surface 47 can also be referred to as a weight-shaped recess, a reflection side surface, and an exit recess.
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing an optical path of light in the light ray control member 43.
  • FIG. 10 is a cross section of the optical axis, but the hatching is omitted in order to make the optical path easier to see.
  • light E10 having an emission angle of 10 degrees, light E30 having an emission angle of 30 degrees, and light E50 having an emission angle of 50 degrees are shown, which are emitted from an emission point 52 at the center on the optical axis L2.
  • the smaller the emission angle ⁇ the more the light is incident on the inner side surface 46 on the emission surface 47 side.
  • the incident surface 46 is incident on the incident surface 45 side. Light incident on each position of the inner side surface 46 is reflected by the inner side surface 46 and guided to the exit surface 47.
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between the emission angle ⁇ and the optical axis L2 of the reflected light reflected by the internal side surface 46 with respect to the divergent light E emitted from the central emission point 52.
  • the angle between the reflected light and the optical axis L2 is represented by a minus sign.
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between the emission angle ⁇ and the optical axis L2 of the reflected light reflected by the internal side surface 46 with respect to the divergent light E emitted from the central emission point 52.
  • the incident surface 45, the internal side surface 46, and the emitting surface 47 By configuring the incident surface 45, the internal side surface 46, and the emitting surface 47 in this way, when the emitted light E (the entire light having different emission angles) emitted from the light ray control member 43 is irradiated to the irradiated surface.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining a light ray traveling on the cross section of the optical axis.
  • the axis passing through the central emission point (hereinafter referred to as the central emission point) 52a of the die 51 is defined as the optical axis 62.
  • an optical axis 62 extending in the vertical direction (Y direction) in the drawing is shown. Not only the optical axis 62 extending in this direction, but also all the lines passing through the central emission point 52a and extending in an arbitrary direction of 360 degrees are referred to as the optical axis 62.
  • the exit point located at one end of the optical axis 62 is defined as the first end exit point 52b.
  • the exit point located at the other end is defined as the second end exit point 52c.
  • FIG. 12B is a cross section of the optical axis obtained by cutting the light ray control member 43 from the extending direction (Y direction) of the optical axis line 62.
  • the divergent light E is emitted from each emission point 52 inside the die 51. Therefore, the divergent light E is also emitted from each emission point 52 on the optical axis 62.
  • light En having the same emission angle ⁇ (for example, n degrees) emitted from the first end emission point 52b, the center emission point 52a, and the first end emission point 52c of the optical axis 62 is illustrated. Has been done.
  • FIG. 13 is a schematic view showing an example of an optical path of light emitted from the optical axis 62 and traveling on the cross section of the optical axis.
  • the light emitted from the central LED 41 mounted on the light source substrate 42 shown in FIG. 3 is represented as a diagram.
  • FIG. 13A is a schematic view showing an optical path of light + E10 having an emission angle of +10 degrees and light ⁇ E10 having an emission angle of ⁇ 10 degrees, which is emitted from the optical axis 62 and travels on the cross section of the optical axis.
  • FIG. 13A is a schematic view showing an optical path of light + E10 having an emission angle of +10 degrees and light ⁇ E10 having an emission angle of ⁇ 10 degrees, which is emitted from the optical axis 62 and travels on the cross section of the optical axis.
  • FIG. 13B is a schematic view showing an optical path of light + E30 having an emission angle of +30 degrees and light ⁇ E30 having an emission angle of ⁇ 30 degrees, which are emitted from the optical axis 62 and travel on the cross section of the optical axis.
  • FIG. 13C is a schematic view showing an optical path of light + E50 having an emission angle of +50 degrees and light ⁇ E50 having an emission angle of ⁇ 50 degrees, which is emitted from the optical axis 62 and travels on the cross section of the optical axis.
  • the arrow shown on the exit side of the biconcave lens 49 in FIGS. 13A to 13C is the optical axis range M.
  • the optical axis range of light with an emission angle of +10 degrees + E10 is defined as the optical axis range + M10
  • the optical axis range of light with an emission angle of ⁇ 10 degrees ⁇ M10 is defined as the optical axis range ⁇ R10.
  • the optical axis range of light with an emission angle of +30 degrees + E30 is defined as the optical axis range + M30
  • the optical axis range of light with an emission angle of -30 degrees-E30 is defined as the optical axis range-M30.
  • optical axis range of light with an emission angle of +50 degrees + E50 is defined as the optical axis range + M50
  • optical axis range of light with an emission angle of -50 degrees-E50 is defined as the optical axis range-M50.
  • the irradiation range of the divergent light E emitted from each emission point 52 of the LED 41 will be described with reference to FIGS. 14 to 18.
  • the emission angle + n degrees of light + En with respect to the optical axis 62 extending in the Y direction is n in the direction of the optical axis L2 toward the first end emission point 52b along the extending direction of the optical axis 62. It is the light emitted in the tilted direction.
  • the light-En having an emission angle of -n degrees with respect to the optical axis 62 extending in the Y direction makes the direction of the optical axis L2 on the side of the second end exit point 52c along the extending direction of the optical axis 62. This is the light emitted in the direction tilted by n degrees.
  • light with an emission angle of + n degrees + En and light with an emission angle of ⁇ n degrees ⁇ En are defined. Further, as shown in FIG.
  • light + En having an emission angle of + n degrees and light-En having an emission angle of ⁇ n degrees are defined with reference to the optical axis 62c extending in the diagonal direction of the die 51.
  • a simulation was performed for the irradiation range when the light traveling in the two directions defined with respect to one optical axis 62 is emitted from each emission point 52 in the die 51.
  • the 15 to 18 are for explaining the simulation result of the irradiation range on the irradiated surface when light traveling in two directions defined with respect to the optical axis 62 is emitted from each emission point 52 of the die 51. It is a schematic diagram of. In the present embodiment, the pixel region of the light modulation element 11 shown in FIG. 2 and the like is the irradiated surface.
  • the XYZ coordinates in FIG. 15 correspond to the XYZ coordinates shown in FIG. That is, the direction corresponding to each direction of XYZ defined for the die 51 and the direction of the arrow are represented by the same XYZ arrows.
  • the intersection of the x-axis and the y-axis shown in FIG. 15 corresponds to the position of the optical axis L2 on the irradiated surface (the same reference numeral L2 is attached). That is, the intersection of the x-axis and the y-axis is a position that reaches the pixel region (irradiated surface) when the optical axis L2 of each LED 41 shown in FIG. 2 or the like is extended.
  • FIG. 15 is a schematic view showing an irradiation range when light with an emission angle of +10 degrees + E10 and light with an emission angle of ⁇ 10 degrees ⁇ E10 are emitted with respect to each of the optical axes 62a to 62c.
  • the irradiation range + N10 is a range based on the optical axis range + M10 shown in FIG. 13A.
  • the irradiation range-N10 is a range based on the optical axis range-M10 shown in FIG. 13A.
  • the optical axis range M is an irradiation range of light En having an emission angle of n degrees defined with respect to the optical axis 62 from each emission point 52 on the optical axis 62.
  • the optical axis range M is configured to extend in a direction corresponding to the extending direction of the optical axis 62.
  • the irradiation points of the light emitted from the first end emission point 52b and the irradiation points of the light emitted from the second end emission point 52c are both ends of the optical axis range M.
  • the optical axis range M is configured with reference to the position of the optical axis L2 (the intersection of the x-axis and the y-axis).
  • the parts other than the irradiation range + N10 and the optical axis range of ⁇ N10 + M10 and ⁇ M10 are the emission angle + 10 degree light + E10 emitted from the emission point 52 at a position different from that on the optical axis 62a of the die 51, and the emission. It is an irradiation range of light ⁇ E10 having an angle of ⁇ 10 degrees.
  • the light ray control member 43 is configured as a rotating body with the optical axis L2 as the central axis. Therefore, the optical axis ranges + M10 and ⁇ M10 with respect to the optical axis 62a shown in FIG. 14A and the optical axis ranges + M10 and ⁇ M10 with respect to the optical axis 62b shown in FIG. 14B are different from each other except that the extending directions of the optical axis ranges are different. The configuration is almost the same.
  • the extending direction of the optical axis range + M10 and ⁇ M10 is a direction corresponding to the extending direction of the optical axis 62c. Further, the optical axis 62c extending in the diagonal direction is longer than the optical axes 62a and 62b. Therefore, since the region where the light is emitted becomes long, the optical axis ranges + M10 and ⁇ M10 with respect to the optical axis 62c also become long. The size of the irradiation range + N10 and -N10 based on the optical axis range + M10 and -M10 also increases.
  • irradiation range + N10 and ⁇ N10 when the optical axes 62a and 62b are used as a reference.
  • the irradiation ranges + N10 and ⁇ N10 when the optical axis 62 extending in a direction different from the optical axis lines 62a to 62c shown in FIGS. 14A to 14C are used as a reference are also configured with the optical axis range + M10 and ⁇ M10 as a reference. That is, the irradiation range + N10 and ⁇ N10 are configured according to the extending direction and length of the optical axis 62.
  • the outer shapes of the irradiation range + N10 and ⁇ N10 are shown by dotted lines, but they are only schematic drawings, and the shapes take various shapes.
  • FIG. 16 is a schematic diagram for explaining an irradiation range O when light having an emission angle of n degrees is emitted from each emission point 52 of the die 51.
  • the irradiation range O10 when the light E10 having an emission angle of 10 degrees is emitted from each emission point 52 of the die 51 is shown as a model.
  • the optical axis 62 shown in FIG. 14 is rotated around the position of the optical axis L2 in the range of 0 to 180 degrees.
  • the irradiation range O10 can be simulated by synthesizing the irradiation ranges + N10 and ⁇ N10 corresponding to the optical axis 62 at each angle. For example, as shown in FIG.
  • the irradiation range O10 is the position of the optical axis L2. Is mainly composed of.
  • FIG. 17 is a schematic view showing an irradiation range when light with an emission angle of +30 degrees + E30 and light with an emission angle of ⁇ 30 degrees ⁇ E10 are emitted with respect to each of the optical axes 62a to 62c.
  • 17A to 17C show an emission angle + 30 degree light + E30 irradiation range + N30 and an emission angle -30 degree light-E30 irradiation range based on each of the optical axes 62a to 62c shown in FIGS. 14A to 14C.
  • N30 is shown.
  • the irradiation range + N30 and ⁇ N30 are configured with reference to the optical axis range + M30 and ⁇ M30 shown in FIG.
  • the irradiation ranges + N30 and ⁇ N30 when the optical axis 62 extending in a direction different from the optical axis lines 62a to 62c shown in FIGS. 14A to 14C are used as a reference are also configured with the optical axis range + M30 and ⁇ M30 as a reference. That is, the irradiation range + N30 and ⁇ N30 are configured according to the extending direction and length of the optical axis 62.
  • the irradiation range O30 when the light E30 having an emission angle of 30 degrees is emitted from each emission point 52 of the die 51 is shown as a model.
  • FIG. 16B it is possible to simulate the irradiation range O30 with reference to the irradiation ranges + N30 and ⁇ N30 corresponding to the optical axis 62c extending in the diagonal direction. That is, the irradiation range O30 can be simulated with reference to the optical axis ranges + M30 and ⁇ M30 corresponding to the optical axis 62c extending in the diagonal direction.
  • the irradiation range O30 is configured around the position of the optical axis L2. NS.
  • FIG. 18 is a schematic view showing an irradiation range when light with an emission angle of +50 degrees + E50 and light with an emission angle of ⁇ 50 degrees ⁇ E50 with respect to each of the optical axes 62a to 62c are emitted.
  • 18A to 18C show an emission angle + 50 degree light + E50 irradiation range + N50 and an emission angle -50 degree light-E50 irradiation range based on each of the optical axes 62a to 62c shown in FIGS. 14A to 14C.
  • N50 is shown.
  • the irradiation range + N50 and -N50 are configured with reference to the optical axis range + M50 and -M50 shown in FIG. Will be done.
  • the irradiation ranges + N50 and ⁇ N50 when the optical axis 62 extending in a direction different from the optical axis lines 62a to 62c shown in FIGS. 14A to 14C are used as a reference are also configured with the optical axis range + M50 and ⁇ M50 as a reference. That is, the irradiation range + N50 and ⁇ N50 are configured according to the extending direction and length of the optical axis 62.
  • the irradiation range O50 when the light E50 having an emission angle of 50 degrees is emitted from each emission point 52 of the die 51 is shown as a model. For example, as shown in FIG.
  • the irradiation range O50 can be simulated with reference to the optical axis range + M50 and ⁇ M50 corresponding to the optical axis 62c extending in the diagonal direction.
  • the irradiation range O50 is configured around the position of the optical axis L2. NS.
  • the light having an emission angle of n degrees included in the divergent light E depends on the position and length of the optical axis range M corresponding to the optical axis 62. It was found that the irradiation range when was emitted was specified. For example, by appropriately designing the configurations of the incident surface 45, the internal side surface 46, and the emitting surface 47 of the light ray control member 43, the optical axis line is provided for each of the plurality of lights contained in the divergent light E having different emission angles ⁇ . It is possible to set the position and size of the range M. As a result, it is possible to set the size of each irradiation range of the plurality of lights having different emission angles ⁇ included in the divergent light E to a predetermined distribution.
  • FIG. 19 is a schematic diagram for explaining a configuration example for making the optical axis range M different according to the emission angle ⁇ .
  • FIG. 19A shows a light ⁇ E10 having an emission angle of ⁇ 10 degrees and an optical axis range ⁇ M10.
  • FIG. 19B shows a light ⁇ E30 having an emission angle of ⁇ 30 degrees and an optical axis range ⁇ M30.
  • FIG. 19C shows a light-E50 having an emission angle of -50 degrees and an optical axis range-M50.
  • the optical axis range M in a state where the magnification changing optical system 44 is not arranged is shown. Even in this case, the relationship of the magnitude of the optical axis range M with respect to each emission angle ⁇ is equal. Therefore, even when the magnification changing optical system 44 is arranged from the state shown in FIG. 19, the optical axis range M can be similarly changed according to the emission angle ⁇ .
  • the divergence angle when the light is emitted from the emission surface 47 in the direction of the optical axis L2 is controlled. From this, it is possible to control the optical axis range M.
  • the convergence force of the incident surface 45, the convergence force of the internal side surface 46, and the divergence force of the emission surface 47 are controlled.
  • the focal length (refractive power) of the lens surface 57 of the incident surface 45, the reflection position on the inner side surface 46, the size of the reflection region on the inner side surface 46, the focal length (refractive power) of the exit surface 47, and the like are appropriately set. design.
  • the degree of divergence angle is expressed by large, medium and small.
  • the degree of convergence angle is expressed in large, medium, and small.
  • the divergence angle increases, and it is converted into a ray with a medium convergence angle, a small convergence angle, parallel light, a small divergence angle, a medium divergence angle, and a large divergence angle. ..
  • the optical axis range M is changed according to the emission angle ⁇ by mainly controlling the positional relationship between the focal point of the lens surface 57 of the incident surface 45 and the internal side surface 46.
  • the optical path to the reflection region S on the inner side surface 46 becomes long.
  • the lens surface 57 of the incident surface 45 is designed so that the focal point F is formed at a position close to the incident surface 45 in the optical path up to the reflection region S of the inner side surface 46.
  • the lens surface 57 is designed so that the focal length S in the incident region (region close to the optical axis L2) where the light rays having a small emission angle ⁇ are incident is short (the refractive power is large).
  • the light beam focused at the focal point F travels to the inner side surface 46 while diverging.
  • This divergence angle is defined as the divergence angle. Since the optical path length to the inner side surface 46 is long, the light ray traveling to the inner side surface 46 at the divergence angle is incident on the inner side surface 46 with a spread. That is, the area of the reflection region S that reflects the light rays on the inner side surface 46 becomes large.
  • the inner side surface 46 is a cannonball-shaped side surface and has a convex shape protruding outward. Therefore, the light beam is converged by the reflection by the inner side surface 46. Since the area of the light ray reflection region S is large, the difference in the reflection angles at both ends of the reflection region S in the direction of the optical axis L2 becomes large. Therefore, the converging force acting on the light rays reflected in the reflection region S becomes large. As a result, the light rays reflected on the inner side surface 46 are converted from divergence to convergence and travel toward the exit surface 47. This convergence angle is defined as a small convergence angle.
  • a light ray having a small emission angle ⁇ is converted into a light ray having a small convergence angle from the divergence angle by applying a large convergence force from the internal side surface 46. Since the exit surface 47 has a concave lens shape, light rays are diverged and emitted. A light ray having a small convergence angle is emitted from the exit surface 47 in the direction of the optical axis L2 as a light ray having a small divergence angle.
  • the distance to the reflection region S of the inner side surface 46 is shortened.
  • the lens surface 57 of the incident surface 45 is designed so that the focal point F is formed on the optical path up to the reflection region S of the internal side surface 46.
  • the light beam focused at the focal point F travels to the inner side surface 46 as a light ray in the divergence angle. Since the distance from the focal point F to the inner side surface 46 is short, the area of the reflection region S becomes small. Therefore, the converging force acting on the light rays in the divergence angle becomes small.
  • the light rays having a medium emission angle ⁇ are converted into light rays having a small divergence angle from the medium divergence angle, and are incident on the exit surface 47.
  • a light ray having a small divergence angle is exerted by a divergence force from the exit surface 47 and is emitted in the direction of the optical axis L2 as a light ray in the divergence angle.
  • the distance to the reflection region S on the inner side surface 46 is further shortened.
  • the lens surface 57 of the incident surface 45 is designed so that the focal point F is formed not on the optical path to the reflection region S of the inner side surface 46 but on the optical path of the light beam reflected by the reflection region S.
  • the light beam is reflected in the reflection region S having a small area before being focused on the focal point F, and a small converging force is applied. Therefore, the light rays in the convergence angle traveling toward the inner side surface 46 are reflected by the inner side surface 46 and converted into light rays having a large convergence angle, and are focused on the focal point F.
  • the light rays become light rays having a large divergence angle and enter the exit surface 47.
  • the distance from the focal point F to the exit surface 47 is long. Therefore, the light beam having a large divergence angle is incident on the exit surface 47 with a sufficient spread. That is, the area of the incident region where the light rays on the emitting surface 47 are incident becomes large. Therefore, the divergent force acting on the light beam by the exit surface 47 becomes large.
  • the light ray having a large emission angle ⁇ is emitted in the direction of the optical axis L2 as a light ray having a large divergence angle.
  • the incident surface 45, the internal side surface 46, and the emitting surface 47 in this way, it is possible to control the magnitude of the optical axis range M for each of a plurality of lights having different emission angles ⁇ .
  • the size of the irradiation range O of each of the plurality of lights having different emission angles ⁇ included in the divergent light E to obtain a predetermined distribution.
  • FIG. 20 is a graph showing the relationship between the emission angle and the optical axis range.
  • the origin (0, 0) of the graph corresponds to the position of the optical axis L2 on the irradiated surface.
  • the horizontal axis of the graph is the emission angle ⁇ .
  • the graph on the right side from 0 degrees is the optical axis range + M when light with an emission angle of + n degrees + En is emitted.
  • the graph on the left side from 0 degrees is the optical axis range + M when light-En with an emission angle of ⁇ n degrees is emitted.
  • the optical axis range + M and ⁇ M have a point-symmetrical relationship with respect to the origin. In FIG.
  • the optical axis ranges + M10, + M30, and + M50 are shown in the right region, and the optical axis ranges ⁇ M10, ⁇ M30, and ⁇ M50 are illustrated in the left region.
  • the irradiation plane coordinates on the vertical axis of the graph are a coordinate system with reference to the origin, and the distance between the positions of the optical axes L2 between adjacent LEDs 41 is set as 1.
  • the result of the LED 41 adjacent above the center LED 41 is a graph obtained by moving the graph shown in FIG. 20 upward by one scale.
  • the result of the LED 41 adjacent below the center LED 41 is a graph obtained by moving the graph shown in FIG. 20 downward by one scale. Therefore, the irradiation range of the divergent light E emitted from the LED 41 in the center is configured around the origin shown in FIG.
  • the irradiation range of the divergent light E emitted from the LED 41 adjacent to the upper side is configured around the coordinates (0, 1) shown in FIG.
  • the irradiation range of the divergent light E emitted from the LED 41 adjacent to the lower side is configured around the coordinates (0, -1) shown in FIG.
  • the pitch of the plurality of LEDs 41 shown in FIG. 3 is 11 mm.
  • the pitch of the position of the optical axis L2 on the irradiated surface was 2.8 mm.
  • the light source end (+) and the light source end ( ⁇ ) shown in FIG. 20 correspond to the first end emission point 52b and the second end emission point 52c shown in FIG. 12 and the like.
  • the center of the light source is an irradiation point of light emitted from the central emission point 52a shown in FIG. 12 and the like. As shown in FIG. 20, the light emitted from the central emission point 52a does not necessarily irradiate the center of the optical axis range M.
  • the light ray control member 43 is configured so that the length of the optical axis range M changes significantly according to the emission angle ⁇ .
  • the length of the optical axis range M defines the irradiation range of light having the corresponding emission angle ⁇ .
  • the emission angle ⁇ increases, the child ray axis range M of each ray increases around the origin. After 50 degrees, the ray axis range M of each ray becomes smaller with the origin as the center.
  • the position of the optical axis L1 becomes the maximum illuminance on the irradiated surface, and the illuminance continuously decreases as the distance from the position of the optical axis L1 increases.
  • the light having an emission angle ⁇ up to about 15 degrees has a donut-shaped irradiation range in which the light is not irradiated near the origin.
  • the irradiation range includes the origin. Therefore, the position of the optical axis L2 on the irradiated surface is the maximum illuminance.
  • FIG. 21 is a schematic view showing the illuminance distribution of the divergent light E irradiated on the irradiated surface.
  • FIG. 21A is a diagram showing an irradiation distribution when one LED 41 is turned on.
  • FIG. 21B is a diagram showing an irradiation distribution when the 15 LEDs 41 shown in FIG. 3 are turned on.
  • FIG. 22 is a graph showing the illuminance distribution on the HH line shown in FIGS. 21A and 21B. The graph at the bottom of the figure shows the irradiation distribution when one LED 41 is turned on. The upper graph in the figure shows the irradiation distribution when the 15 LEDs 41 are turned on.
  • the illuminance distribution is such that the illuminance spreads in a substantially circular shape around the optical axis L2 and the illuminance decreases.
  • the decrease in illuminance does not decrease sharply but gradually decreases.
  • the area from the position of the optical axis L2 (the position of 0 mm) to the range of about ⁇ 2.5 mm is a region that looks bright. That is, a region where the illuminance is relatively high extends to the vicinity of the position of the optical axis L2 of the adjacent LED 41. As a result, as shown in FIGS.
  • FIG. 23 is a graph showing the relationship between the emission angle and the optical axis range.
  • FIG. 24 is a schematic view showing the illuminance distribution of the divergent light E irradiated on the irradiated surface.
  • FIG. 25 is a graph showing the illuminance distribution on the HH line shown in FIGS. 24A and 24B.
  • the optical axis range M is substantially the same range with respect to the position (origin) of the optical axis L2 for each of the plurality of lights having different emission angles ⁇ . It becomes. In this case, light gathers in a specific region on the irradiated surface and the illuminance becomes high. Therefore, as shown in FIG. 25, the illuminance suddenly changes at the position corresponding to the edge of the die 51. As a result, as shown in FIG. 24A, an image of the die 51 is visually formed on the irradiated surface. Then, as shown in FIGS. 24B and 25, when all the LEDs 41 are turned on, uneven illuminance occurs on the irradiated surface.
  • the light ray control member 43 is arranged on the optical axis L2 of the LED 41.
  • the incident surface 45, the internal side surface 46, and the emitting surface 47 of the light ray control member 43 it is possible to easily control the light source and appropriately control the state of the emitted light.
  • an illuminance distribution hereinafter, referred to as a slow change distribution
  • the light ray control member 43 is configured so that each of the plurality of lights having different emission angles ⁇ emitted from the emission surface 47 is irradiated in the irradiation range corresponding to the emission angle ⁇ with respect to the position of the optical axis L2. ..
  • the size of the irradiation range corresponding to each emission angle ⁇ of the plurality of lights is configured to have a predetermined distribution.
  • the light ray control member 43 is designed so that the irradiation range corresponding to each emission angle ⁇ of the plurality of lights is configured around the position of the optical axis L2. The difference between the maximum value and the minimum value of the irradiation range according to the emission angle ⁇ of each of the plurality of lights is sufficiently large, and the size of the irradiation range is continuous between the maximum value and the minimum value.
  • the light ray control member 43 is designed so as to be distributed in a uniform manner.
  • a threshold value may be set for the difference between the maximum value and the minimum value of the size of the irradiation range.
  • the threshold value can be set based on the size of one scale of the irradiation surface coordinates shown in FIG. 20 (the pitch of the position of the optical axis L2 on the irradiation surface).
  • the present invention is not limited to this, and may be arbitrarily set so as to realize a desired slow change distribution.
  • As a parameter that defines the size of the irradiation range it is also possible to use the maximum distance from the position of the optical axis L2 of the irradiation range according to the emission angle ⁇ of each of the plurality of lights.
  • the light ray control member 43 is arranged so that the difference between the maximum value and the minimum value of the maximum distance of each irradiation range is larger than a predetermined threshold value and the maximum distance is continuously distributed between the maximum value and the minimum value. It may be designed. It is also effective to configure the light ray control member 43 so that the irradiation ranges corresponding to the emission angles ⁇ of each of the plurality of lights are different from each other. In addition, with respect to the light ray control member 43, the illuminance of the divergent light E emitted from the emission surface 47 and irradiated to the irradiated surface arranged on the optical axis L2 becomes maximum at the position of the optical axis L2 on the irradiated surface.
  • the light ray control member 43 is configured so that the ratio (decrease rate) of the illuminance of the divergent light E applied to the irradiated surface decreases as the distance from the position of the optical axis L2 falls within a predetermined range. That is, it is also effective to configure the light ray control member 43 so that a sharp decrease in illuminance does not occur.
  • a predetermined range for example, a range in which the change in illuminance is not visible may be set by calibration or the like each time. Further, the predetermined range may be set by calibration or the like according to the state of uneven brightness of the projected image. In addition, a predetermined range may be set by any method. For example, a configuration in which the optical paths illustrated in FIGS. 10 and 11 are realized is effective in suppressing uneven illuminance of the illumination light on the irradiated surface.
  • the size of the light source image (image of the point light source) irradiated on the irradiated surface by the light ray control member 43 was also considered.
  • the light source image irradiated to the irradiated surface by the light ray control member 43 is composed of each light source image of a plurality of lights having different emission angles ⁇ included in the divergent light E.
  • the light ray control member 43 is designed so that a change of at least 1.5 times or more occurs with respect to the size of each light source image of the plurality of lights having different emission angles ⁇ . This is advantageous for realizing a slow change distribution. For example, it is assumed that the size of the light source image formed by the light having an emission angle of ⁇ m is the minimum.
  • the size of the light source image formed by the light having the emission angle ⁇ M is the maximum.
  • the light ray control member 43 is designed so that the size of the maximum light source image is at least 1.5 times the size of the minimum light source image.
  • the light source control member 43 is designed so that the size of each light source image of the plurality of lights continuously changes within a range from the size of the minimum light source image to the size of the maximum light source image.
  • the size of the image of the point light source can be defined by, for example, an image of light in an angle range in which the emission intensity of the point light source is from the maximum value to the half value. For example, in the case of completely diffused light, the half-value angle is 60 degrees.
  • An image in which light in these angle ranges is formed can be defined as an image of a point light source. Therefore, at this point, in the angle range where the emission intensity of the point-shaped light source is from the maximum value to the half value, there is a change of 1.5 times or more with respect to the size of each light source image of a plurality of lights having different emission angles ⁇ .
  • the light source control member 43 is designed to be generated. It is also possible to paraphrase in this way. Of course, other methods may be adopted as a method for defining the size of the image of the point light source.
  • the size of each light source image of the plurality of lights having different emission angles ⁇ included in the divergent light E is related to the size of each irradiation range of the plurality of lights having different emission angles ⁇ included in the divergent light E. It is a parameter. Therefore, as an advantageous point for realizing a slow change distribution, the light ray control member 43 is set so that a change of 1.5 times or more occurs with respect to the size of each illumination range of a plurality of lights having different emission angles ⁇ . design. Such a point can also be mentioned. For example, the light ray control member 43 is designed so that the difference between the maximum value and the minimum value of the size of the irradiation range is at least 1.5 times the minimum value.
  • the light ray control member 43 is designed so that the size of each irradiation range of the plurality of lights continuously changes within the range from the minimum value to the maximum value.
  • the light ray control member 43 may be designed so that this point is established in an angle range in which the emission intensity of the point light source is from the maximum value to the half value.
  • the positions of the irradiation points (the center of the light source shown in FIG. 20) of the light emitted from the center emission point 52a of each of the plurality of lights having different emission angles ⁇ were also considered.
  • the position of the center of the light source is plotted for each of the region of the right emission angle + n degrees and the region of the left emission angle ⁇ n degrees.
  • the position of the center of the light source is symmetrical (same position) in the region of the emission angle + n degrees and the region of the emission angle ⁇ n degrees on the left side.
  • the illuminance at the position where the center of the light source is concentrated becomes relatively high in the irradiation range of the entire divergent light E emitted from the LED 41.
  • the center of the light source is concentrated near the position of the optical axis L2 for each of the plurality of lights having different emission angles ⁇ .
  • the illuminance at the position (that is, the center position) of the optical axis L2 may become too high in the irradiation range of the entire divergent light E, and uneven illuminance may occur.
  • the position of the center of each light source (the irradiation point of the light emitted from the central emission point 52a) of the plurality of lights having different emission angles ⁇ is 0.5 times or more the pitch of the position of the optical axis L2.
  • the light source control member 43 is configured so as to change the distance. This makes it possible to prevent the illuminance at a predetermined position in the irradiation range from becoming too high and causing unevenness. For example, in the angle range where the emission intensity of the point light source is from the maximum value to the half value, the light source is controlled so that the position of the center of the light source changes the distance by 0.5 times or more the pitch of the position of the optical axis L2.
  • the member 43 it is possible to realize a slow change distribution in which unevenness is sufficiently suppressed. It is also possible to improve the illuminance of that part by intentionally collecting the center of the light source of each light.
  • the application of this technology is not limited to the realization of a slow change distribution.
  • each of the incident surface 45, the internal side surface 46, and the emitting surface 47 of the light ray control member 43 By appropriately designing each of the incident surface 45, the internal side surface 46, and the emitting surface 47 of the light ray control member 43, the size of the irradiation range corresponding to each emitting angle ⁇ of the plurality of lights can be distributed to other desired distributions. It is possible to It is also possible to configure a light source unit having one LED 41 and one light ray control member 43 as an embodiment of the light source device according to the present technology.
  • the light ray control member 43 having the incident surface 45, the internal side surface 46, and the emitted surface 47 is arranged on the optical axis L2 of the LED 41 that emits the divergent light E.
  • the light ray control member 43 is configured so that each of the plurality of lights contained in the divergent light E is irradiated in an irradiation range corresponding to the emission angle ⁇ . Further, the light ray control member 43 is configured so that the size of each irradiation range of the plurality of lights has a predetermined distribution. This makes it possible to control the state of the emitted light E emitted from the emitting surface 47.
  • FIG. 27 is a schematic view showing an example of an optical path of light emitted from the optical axis 62 and traveling on the cross section of the optical axis when the light ray control member 43 according to the present embodiment is used.
  • the light emitted from the central LED 41 mounted on the light source substrate 42 shown in FIG. 3 is represented as a diagram.
  • FIG. 28 is an enlarged view of the incident surface 45 in the cross section of the optical axis.
  • the light ray control member 43 according to the present embodiment is designed so that the incident surface 45 formed as a weight-shaped recess has a larger inclination. This makes it possible to greatly refract a light ray having a small emission angle ⁇ . As a result, as shown in FIG.
  • the size of the light ray control member 43 (total length of the light ray control member 43) in the direction of the optical axis L2 can be reduced. This is very advantageous for miniaturization of the device.
  • the light with an emission angle of 10 degrees + the optical axis range of E10 (-E10) + M10 (-M10) is the light with an emission angle of 50 degrees + the optical axis of E50 (-E50). It is longer than the range + M50 (-M50).
  • the light with an emission angle of 30 degrees + the optical axis range of E30 (-E30) + M30 (-M30) is shorter than the light with an emission angle of 10 degrees + the optical axis range of E10 (-E10) + M10 (-M10), and the emission angle is 50 degrees.
  • the light is longer than the optical axis range of + E50 (-E50) + M50 (-M50).
  • FIG. 29 is a schematic diagram for explaining a configuration example for making the optical axis range M different according to the emission angle ⁇ .
  • the optical axis range M is made different according to the emission angle ⁇ by mainly controlling the refractive power of the incident surface 45 and the refractive power of the exit surface 47.
  • the refractive power on the incident surface 45 (lens surface 57) is increased, and after being focused on the focal point F, the divergence angle is large. It is incident on the inner side surface 46 as a light ray.
  • the area of the incident region T incident on the exit surface 47 of the light rays reflected by the inner side surface 46 increases. Therefore, the divergent force acting on the light beam by the exit surface 47 becomes large.
  • the light ray having a small emission angle ⁇ is emitted in the direction of the optical axis L2 as a light ray having a large divergence angle.
  • a light ray having a medium emission angle ⁇ is focused on the focal point F and then incident on the inner side surface 46 as a light ray having a divergence angle.
  • the area of the incident region T of the light beam reflected by the inner side surface 46 that is incident on the light emitting surface 47 is reduced, and the divergent force acting on the light ray by the light emitting surface 47 is also suppressed.
  • the light rays having a medium emission angle ⁇ are emitted in the direction of the optical axis L2 as the light rays in the divergence angle.
  • the refractive power on the incident surface 45 is reduced so that the light ray is incident on the inner side surface 46 as a light ray having a small convergence angle.
  • the light rays reflected by the inner side surface 46 are focused on the focal point F and then enter the exit surface 47 as light rays having a small divergence angle.
  • the incident region T on the exit surface 47 is small, and the divergent force acting on the light beam is suppressed by the exit surface 47.
  • the light beam having a large emission angle ⁇ is emitted in the direction of the optical axis L2 as a light ray having a small divergence angle.
  • the incident surface 45, the internal side surface 46, and the emitting surface 47 in this way, it is possible to control the magnitude of the optical axis range M for each of a plurality of lights having different emission angles ⁇ .
  • FIG. 30 is a graph showing the relationship between the emission angle and the optical axis range.
  • the light ray control member 43 is configured so that the length of the optical axis range M changes significantly according to the emission angle ⁇ .
  • the irradiation range O of each light ray becomes larger with the origin as the center.
  • the position of the optical axis L1 becomes the maximum illuminance on the irradiated surface, and the illuminance continuously decreases as the distance from the position of the optical axis L1 increases.
  • FIG. 31 is a schematic view showing the illuminance distribution of the divergent light E irradiated on the irradiated surface.
  • FIG. 32 is a graph showing the illuminance distribution on the HH line shown in FIGS. 31A and 31B.
  • the illuminance distribution is such that the illuminance spreads in a substantially circular shape around the optical axis L2 and the illuminance decreases.
  • the decrease in illuminance does not decrease sharply but gradually decreases.
  • a region having a relatively high illuminance extends to the vicinity of the position of the optical axis L2 of the adjacent LED 41.
  • the image does not have uneven brightness, and it is possible to irradiate the required area of the pixel area with the required power. As a result, it is possible to improve the contrast of the image and reduce the power consumption.
  • the emission angle ⁇ increases, the reflected light reflected by the internal side surface 46 gradually approaches the direction parallel to the optical axis L2. That is, there is no singular point in which the angle formed by the suddenly reflected light and the optical axis L2 changes significantly.
  • FIG. 33 is a graph showing the relationship between the emission angle and the optical axis range when the light ray control member according to the third embodiment of the present technology is used.
  • the light ray control member according to the present embodiment is a modification of the design of the light ray control member 43 according to the first embodiment.
  • the optical axis range M of each of the plurality of lights having different emission angles ⁇ is approximately (in the irradiation plane coordinates on the vertical axis). It is within the range of -2 to 2). In this way, by keeping the optical axis range M within a certain range for the light of each emission angle ⁇ , it is possible to improve the light utilization efficiency, and it is possible to realize a high-luminance projector or the like.
  • FIG. 34 is a schematic view showing the illuminance distribution of the divergent light E irradiated on the irradiated surface.
  • FIG. 35 is a graph showing the illuminance distribution on the OH line shown in FIGS. 34A and 34B.
  • the illuminance distribution is such that the illuminance spreads in a substantially circular shape around the optical axis L2 and the illuminance decreases.
  • the decrease in illuminance does not decrease sharply but gradually decreases.
  • a region having a relatively high illuminance extends to the vicinity of the position of the optical axis L2 of the adjacent LED 41.
  • the image does not have uneven brightness, and it is possible to irradiate the required area of the pixel area with the required power. As a result, it is possible to improve the contrast of the image and reduce the power consumption.
  • the emission angle ⁇ increases, the reflected light reflected by the internal side surface 46 gradually approaches the direction parallel to the optical axis L2. That is, there is no singular point in which the angle formed by the suddenly reflected light and the optical axis L2 changes significantly.
  • FIG. 36 is a schematic view showing the outer shape of the light ray control member 43 arranged for the plurality of LEDs 41.
  • the light ray control member 43 is formed in the shape of a rotating body having an optical axis passing through the center of the LED 41 as a central axis.
  • FIG. 36 it is also possible to configure the light ray control member 43 so that the cross-sectional shape is elliptical instead of the rotating body.
  • FIG. 37 is a cross-sectional view taken along the line JJ shown in FIG.
  • a polarization conversion element (PS converter) 65 is arranged on the emission side of the light ray control member 43.
  • a polarization separation film 66 and a 1/2 wavelength plate 67 are arranged in a plurality of stages.
  • the minor axis direction of the elliptical cross section is aligned with the direction in which the polarizing separation membrane 66 and the 1/2 wave plate 67 are overlapped.
  • the long axis direction of the elliptical cross section is aligned with the direction in which the polarizing separation film 66 and the 1/2 wave plate 67 extend (the direction perpendicular to the paper surface in the drawing).
  • the light ray control member 43 is aligned with the light input portion of the polarization conversion element 65.
  • the cross-sectional shape and the like of the light ray control member 43 may be arbitrarily designed. For example, a shape that is rotationally symmetric with the optical axis passing through the center of the LED 41 as the central axis (a shape that has the same configuration when rotated by (360 / n) ° around the central axis (n is an integer of 2 or more)). ) May be adopted.
  • a plurality of LDs (Laser Diodes) 70 and a diffuser plate (microlens array) 71 may be used instead of the plurality of LEDs.
  • the LD70 it is possible to increase the luminous flux density of the light source as compared with the LED, and it is possible to obtain bright illumination light. Since the beam cross section of the LD70 has a peculiar shape and also has variations, the light ray control member 43 can alleviate unevenness in the same manner as the LED.
  • the light emitting spot of the diffuser plate 71 functions as a “point-shaped light source”. That is, in the configuration example shown in FIG.
  • one or more LD70s and one or more diffuser plates 71 realize one embodiment of one or more light emitting units according to the present technology.
  • the configuration shown in FIG. 38 is adopted for the RGB light source units 40R, 40G and 40B shown in FIG. That is, a light source unit 40R having a red LD and a diffuser plate, a light source unit 40G having a green LD and a diffuser plate, and a light source unit 40B having a blue LD and a diffuser plate are adopted. This makes it possible to realize a projector as an image display device according to the present technology.
  • one light source unit 40 is used.
  • the light emitting spots on the incident surface 45 of one light ray control member 43 are in a state in which each color of RGB is mixed.
  • the same location on the diffuser plate 71 is irradiated with the laser light of each color of RGB at different angles by the LD70R, 70G, and 70B of the three colors of RGB.
  • the three colors of RGB light may be combined by a dichroic prism or the like to perform RGB color mixing.
  • the controller 25 synchronizes the emission timings of the RGB LD70R, 70G, and 70B with the operation of the single-plate light modulation element 11 to enable field sequential color display.
  • the RGB LD70R, 70G, and 70B shown in FIG. 39 a white LED (for example, a blue LED + phosphor) is arranged.
  • a device provided with an RGB color filter is used as the light modulation element 11. This makes it possible to reduce the size of the device. Further, the color break that may occur in the configuration provided in the RGB LD70R, 70G, and 70B is also eliminated.
  • the light modulation element is not limited to the transmission type, and a reflection type light modulation element may be used.
  • a liquid crystal panel can be used as the light modulation element.
  • the present invention is not limited to this, and any other device such as a MEMS device (DMD: Digital Mirror Device) may be used.
  • MEMS device Digital Mirror Device
  • the transmissive liquid crystal panel and the reflective liquid crystal panel are compared, the reflective liquid crystal panel tends to have a more relaxed pixel mesh feeling.
  • a MEMS device DMD
  • it is not necessary to use polarized illumination which is advantageous for miniaturization and efficiency improvement.
  • the illumination device 600 can be realized by a configuration in which the biconcave lens 49 of the magnification changing optical system 44, the light modulation element 11, and the projection system 20 are not installed. Of course, it is not limited to such a configuration.
  • the LEDs 41 By individually driving the LEDs 41, it is possible to irradiate the illumination light E only in a specific area. Further, the power of the illumination light E can also be controlled individually. Further, by irradiating only the necessary area at the necessary timing, it is possible to reduce the power consumption.
  • the lighting device 600 according to the present technology is used in combination with a motion sensor.
  • FIG. 41A it is possible to detect the movement of the person 3 and pre-read the traveling direction to illuminate the vehicle. Further, as shown in FIG. 41B, it is possible to dimming the light normally to be dark and to improve the illuminance for each area according to the movement of a moving object such as a person 3. Further, as represented by a cross in FIG. 41B, it is possible to easily suppress irradiation in an unnecessary direction. It is also possible to use the lighting device 600 according to the present technology for shooting lighting (camera flash, etc.). For example, partial illumination that raises the illuminance only in a dark area becomes possible. For example, as shown in FIG.
  • each member included in the image display device each configuration of the light source device (light source unit), the light source control member, the lighting device, etc., the drive control of a plurality of light emitting units, etc. are all one. It is an embodiment and can be arbitrarily modified as long as it does not deviate from the purpose of the present technology. That is, other arbitrary configurations, algorithms, and the like for implementing the present technology may be adopted.
  • the present technology can also adopt the following configurations.
  • Each of the plurality of lights having an emission surface that emits the divergent light reflected by the internal side surface in the direction of the optical axis and having different emission angles emitted from the emission surface is of the optical axis.
  • Each of the one or more optical members is a light source device configured such that the size of the irradiation range corresponding to the emission angle of each of the plurality of lights has a predetermined distribution.
  • the light source device according to (1) A light source device in which an irradiation range corresponding to the emission angle of each of the plurality of lights is configured around the position of the optical axis.
  • the difference between the maximum value and the minimum value of the magnitude of the irradiation range corresponding to the emission angle of each of the plurality of lights is larger than a predetermined threshold value, and depends on the emission angle.
  • a light source device configured such that the magnitude of the irradiation range is continuously distributed between the maximum value and the minimum value.
  • the difference between the maximum value and the minimum value of the maximum distance from the position of the optical axis in the irradiation range corresponding to the emission angle of each of the plurality of lights is larger than a predetermined threshold value.
  • a light source device that is large and is configured such that the maximum distance from the position of the optical axis in the irradiation range corresponding to the emission angle is continuously distributed between the maximum value and the minimum value.
  • the light source device according to any one of (1) to (4).
  • the illuminance of the divergent light emitted from the exit surface and irradiated to the irradiated surface arranged on the optical axis is at the position of the optical axis on the irradiated surface.
  • a light source device that is configured to be maximal and continuously decrease as the distance from the position of the optical axis increases.
  • Each of the one or more optical members is a light source device configured such that the ratio of the illuminance of the divergent light applied to the irradiated surface to decrease as the distance from the position of the optical axis decreases within a predetermined range. .. (8) The light source device according to any one of (1) to (7).
  • Each of the one or more optical members is a light source device having the shape of a rotating body centered on the optical axis. (9) The light source device according to any one of (1) to (8). Each of the one or more optical members is a light source device having a bullet-shaped shape with the optical axis as the central axis. (10) The light source device according to any one of (1) to (9). The incident surface is a light source device having a concave shape having a position on the optical axis as an apex when viewed from the light emitting portion side along the direction of the optical axis. (11) The light source device according to (10).
  • the incident surface is a light source device having a lens surface protruding toward the optical axis from the apex to the end on the issuing portion side.
  • the light source device according to any one of (1) to (11).
  • the light source device has a concave shape centered on a position on the optical axis when the divergent light is emitted from the side along the direction of the optical axis.
  • the light source device has a lens surface that is concave with respect to the optical axis from the center to the end on the side where the divergent light is emitted.
  • the light source device according to any one of (1) to (13).
  • a light source device having an internal side surface that is configured to surround the optical axis and has a reflecting surface that is concave with respect to the optical axis.
  • the internal side surface is a light source device configured such that the inclination angle with respect to the optical axis changes continuously from the entrance surface side to the exit surface side.
  • the internal side surface is a light source device configured such that the rate of change of the inclination angle with respect to the optical axis is continuously reduced from the incident surface to the exit surface in the optical axis cross section.
  • the light source device according to any one of (1) to (16).
  • Each of the one or more light emitting units has an emission region for emitting the divergent light, and a light source device for emitting the divergent light with each point in the emission region as an emission point.
  • the light source device according to any one of (1) to (17).
  • the one or more light emitting parts are a plurality of light emitting parts.
  • the one or more optical members are a plurality of optical members, and are The light source device further includes an emission control unit capable of individually controlling the drive of each of the plurality of light emitting units.
  • the emission control unit is a light source device capable of executing local dimming type control.
  • Each of the one or more optical members includes a light source device configured so that the size of the irradiation range corresponding to the emission angle of each of the plurality of lights has a predetermined distribution.
  • An image generation system that generates an image based on the light from the light source device
  • An image display device including a projection system that projects an image generated by the image generation system.
  • a light source device with a shape.
  • a cross section obtained by cutting each of the one or more optical members along the optical axis is used as an optical axis cross section.
  • the exit surface has two curves that are concave with respect to the optical axis connecting the ends on the side where the divergent light is emitted from the center of the emission surface in the cross section of the optical axis, centering on the optical axis.
  • a light source device having a symmetrically arranged shape.
  • the light source device according to (16).
  • a cross section obtained by cutting each of the one or more optical members along the optical axis is used as an optical axis cross section.
  • the internal side surface is a light source device configured such that the inclination angle with respect to the optical axis continuously changes from the incident surface side to the exit surface side in the optical axis cross section.

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Abstract

本光源装置は、1以上の発光部と、1以上の光学部材とを具備する。1以上の発光部は、光軸に対する出射角度が異なる複数の光を含む発散光を出射する。1以上の光学部材は、1以上の発光部の各々の光軸上に配置され、入射面と、内部側面と、出射面とを有する。入射面は、発光部から出射された発散光が入射する。内部側面は、入射面に入射した発散光を光学部材の内部で反射する。出射面は、内部側面により反射された発散光を光軸の方向に出射する。また1以上の光学部材の各々は、出射面から出射される出射角度が異なる複数の光の各々が、光軸の位置を基準とした出射角度に応じた照射範囲に照射されるように構成される。また1以上の光学部材の各々は、複数の光の各々の出射角度に応じた照射範囲の大きさが、所定の分布となるように構成される。

Description

光源装置、及び画像表示装置
 本技術は、光源装置、及び画像表示装置に関する。
 特許文献1には、投光装置等に使用可能な光強度分布制御素子について開示されている。この光強度分布制御素子は、LED等からなる発光素子から光軸と大きな角度をなして出射された光を、凹面鏡において反射して伝搬する。この伝播光は凹面レンズにおいて光軸と平行になるように屈折され出射される。このような構成により、発光素子から投光された光を効率良く前方に出射させることができ、パワー密度の高い出射光を得ることができる(特許文献1の明細書段落[0014][0017]図1、10等)。
特開平9-304609号公報
 このように光を出射する装置において、出射光の状態を制御することが可能な技術が求められている。
 以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、出射光の状態を制御可能な光源装置、及び画像表示装置を提供することにある。
 上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る光源装置は、1以上の発光部と、1以上の光学部材とを具備する。
 前記1以上の発光部は、光軸に対する出射角度が異なる複数の光を含む発散光を出射する。
 前記1以上の光学部材は、前記1以上の発光部の各々の光軸上に配置され、入射面と、内部側面と、出射面とを有する。
 前記入射面は、前記発光部から出射された前記発散光が入射する。
 前記内部側面は、前記入射面に入射した前記発散光を前記光学部材の内部で反射する。
 前記出射面は、前記内部側面により反射された前記発散光を前記光軸の方向に出射する。
 また前記1以上の光学部材の各々は、前記出射面から出射される前記出射角度が異なる前記複数の光の各々が、前記光軸の位置を基準とした前記出射角度に応じた照射範囲に照射されるように構成される。
 また前記1以上の光学部材の各々は、前記複数の光の各々の前記出射角度に応じた照射範囲の大きさが、所定の分布となるように構成される。
 この光源装置では、発散光を出射する発光部の光軸に、入射面、内部側面、及び出射面を有する光学部材が配置される。光学部材は、発散光に含まれる複数の光の各々が、出射角度に応じた照射範囲で照射されるように構成される。また光学部材は、複数の光の各々の照射範囲の大きさが、所定の分布となるように構成される。
これにより出射面から出射される出射光の状態を制御することが可能となる。
 前記複数の光の各々の前記出射角度に応じた照射範囲は、前記光軸の位置を中心として構成されてもよい。
 前記1以上の光学部材の各々は、前記複数の光の各々の前記出射角度に応じた照射範囲の大きさの最大値と最小値との差が所定の閾値よりも大きく、前記出射角度に応じた照射範囲の大きさが前記最大値及び前記最小値の間で連続的に分布されるように構成されてもよい。
 前記1以上の光学部材の各々は、前記複数の光の各々の前記出射角度に応じた照射範囲の前記光軸の位置からの最大距離の最大値と最小値との差が所定の閾値よりも大きく、前記出射角度に応じた照射範囲の前記光軸の位置からの最大距離が前記最大値及び前記最小値の間で連続的に分布されるように構成されてもよい。
 前記1以上の光学部材の各々は、前記複数の光の各々の前記出射角度に応じた照射範囲が、互いに異なるように構成されてもよい。
 前記1以上の光学部材の各々は、前記出射面から出射され前記光軸上に配置された被照射面に照射される前記発散光の照度が、前記被照射面上の前記光軸の位置で最大となり、前記光軸の位置から離れるにつれて連続的に低下するように構成されてもよい。
 前記1以上の光学部材の各々は、前記被照射面に照射される前記発散光の照度の、前記光軸の位置から離れるにつれて低下する割合が、所定の範囲に収まるように構成されてもよい。
 前記1以上の光学部材の各々は、前記光軸を中心軸とする回転体の形状を有してもよい。
 前記1以上の光学部材の各々は、前記光軸を中心軸とする砲弾型の形状を有してもよい。
 前記入射面は、前記光軸の方向に沿って前記発光部側から見た場合に、前記光軸上の位置を頂点とする凹形状を有してもよい。
 前記入射面は、前記頂点から前記発行部側の端部にかけて、前記光軸側に突出するレンズ面を有してもよい。
 前記出射面は、前記光軸の方向に沿って前記発散光が出射される側から見た場合に、前記光軸上の位置を中心とする凹形状を有してもよい。
 前記出射面は、前記中心から前記発散光が出射される側の端部にかけて、前記光軸に対して凹状となるレンズ面を有してもよい。
 前記内部側面は、前記光軸を囲むように構成され、前記光軸に対して凹状となる反射面を有してもよい。
 前記内部側面は、前記入射面側から前記出射面側に向かうにつれて前記光軸に対する傾斜角度が連続的に変化するように構成されてもよい。
 前記内部側面は、前記光軸断面において、前記入射面から前記出射面に向かうにつれて前記光軸に対する傾斜角度の変化率が連続的に小さくなるように構成されてもよい。
 前記1以上の発光部の各々は、前記発散光を出射する出射領域を有し、前記出射領域内の各点を出射点として、前記発散光を出射してもよい。
 前記1以上の発光部は、複数の発光部であってもよい。この場合、前記1以上の光学部材は、複数の光学部材であってもよい。また、前記光源装置は、さらに、前記複数の発光部の各々の駆動を、個別に制御可能な出射制御部を具備してもよい。
 前記出射制御部は、ローカルディミング方式の制御を実行することが可能であってもよい。
 本技術の一形態に係る画像表示装置は、前記光源装置と、画像生成システムと、投射システムとを具備する。
 前記画像生成システムは、前記光源装置からの光をもとに画像を生成する。
 前記投射システムは、前記画像生成システムにより生成された画像を投射する。
本技術の第1の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す概略図である。 光源ユニットの構成例を示す模式図である。 光源基板の構成例を示す模式図である。 倍率変更光学系の構成例を示す模式図である。 LEDを拡大した拡大図である。 LEDのダイを示す模式図である。 光線制御部材の構成例を示す模式図である。 入射面の構成例を示す模式図である。 出射面47の構成例を示す模式図である。 光線制御部材内の光の光路を模式的に示す図である。 出射角度と、内部側面により反射される反射光の光軸とのなす角度との関係を示すグラフである。 光軸断面上を進行する光線について説明するための図である。 光軸線から出射され光軸断面上を進む光の光路の一例を示す模式図である。 光軸線の一例を示す模式図である。 光軸線々を基準とする、出射角度+10度の光、及び出射角度-10度の光が出射された場合の照射範囲を示す模式図である。 ダイの各出射点から、出射角度n度の光が出射された場合の照射範囲を説明するための模式図である。 光軸線々を基準とする、出射角度+30度の光、及び出射角度-30度の光が出射された場合の照射範囲を示す模式図である。 光軸線々を基準とする、出射角度+50度の光、及び出射角度-50度の光が出射された場合の照射範囲を示す模式図である。 出射角度に応じて光軸線範囲を異ならせるための構成例を説明するための模式図である。 出射角度と、光軸線範囲との関係を示すグラフである。 被照射面上に照射される発散光の照度分布を示す模式図である。 図21A及びBに示すH-H線における照度分布を示すグラフである。 比較例についての、出射角度と光軸線範囲との関係を示すグラフである。 比較例についての、被照射面上に照射される発散光の照度分布を示す模式図である。 図24A及びBに示すH-H線における照度分布を示すグラフである。 他の実施形態についての、出射角度と光軸線範囲との関係を示すグラフである。 第2の実施形態に係る光線制御部材が用いられた場合に、光軸線から出射され光軸断面上を進む光の光路の一例を示す模式図である。 光軸断面における入射面の拡大図である。 出射角度に応じて光軸線範囲を異ならせるための構成例を説明するための模式図である。 出射角度と光軸線範囲との関係を示すグラフである。 被照射面上に照射される発散光の照度分布を示す模式図である。 図31A及びBに示すH-H線における照度分布を示すグラフである。 第3の実施形態に係る光線制御部材が用いられる場合の、出射角度と光軸線範囲との関係を示すグラフである。 被照射面上に照射される発散光Eの照度分布を示す模式図である。 図34A及びBに示すH-H線における照度分布を示すグラフである。 複数のLEDに対して配置される光線制御部材の外形を示す模式図である。 図36に示すJ-J線での断面図である。 他の実施形態に係る光源ユニットの構成例を示す模式図である。 他の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す模式図である 本技術に係る照明装置の構成例を示す模式図である。 照明装置の実施例を示す模式図である。 照明装置の実施例を示す模式図である。
 以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。
 <第1の実施形態>
 [画像表示装置の構成]
 図1は、本技術の第1の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す概略図である。
 画像表示装置500は、例えばプレゼンテーション用、もしくはデジタルシネマ用のプロジェクタとして用いられる。その他の用途に用いられる画像表示装置にも、以下に説明する本技術は適用可能である。
 画像表示装置500は、3つの光源ユニット40と、画像生成システム10と、投射システム20と、コントローラ25とを有する。
 3つの光源ユニット40は、赤色光Rを出射する光源ユニット40Rと、緑色光Gを出射する光源ユニット40Gと、青色光Bを出射する光源ユニット40Bとからなる。
 3つの光源ユニット40の各々は、複数のLED(Light Emitting Diode)41を有し、所定の照射領域にLED41からの出射光を照射することが可能である。
 光源ユニット40Rは、赤色光Rを出射可能な複数の赤色LED41Rを有し、赤色光Rを照射する
 光源ユニット40Gは、緑色光Gを出射可能な複数の緑色LED41Gを有し、緑色光Gを照射することが可能である。
 光源ユニット40Bは、青色光Bを出射可能な複数の青色LED41Bを有し、青色光Bを照射することが可能である。
 光源ユニット40R、40G、及び40Gの各々の構成は互いに略等しい。
 画像生成システム10は、3つの光源ユニット40から出射された赤色光R、緑色光G、及び青色光Bに基づいて、画像を生成することが可能である。
 図1に示す例では、画像生成システム10は、3つの透過型の光変調素子11と、ダイクロイックプリズム12とを有する。
 3つの光変調素子11は、赤色光用の光変調素子11Rと、緑色光用の光変調素子11Gと、青色光用の光変調素子11Bとからなる。
 3つの光変調素子11は、外部から供給される各色に対応した画像信号に基づいて、入射する光を変調して透過させる。変調された光は、画像光(画像を構成する光)として出射される。
 光変調素子11Rは、光源ユニット40Rから出射された赤色光Rを変調して、赤色画像を構成する赤色画像光を出射する。
 光変調素子11Gは、光源ユニット40Bから出射された緑色光Gを変調して、緑色画像を構成する緑色画像光を出射する。
 光変調素子11Bは、光源ユニット40Bから出射された青色光Bを変調して、青色画像を構成する青色画像光を出射する。
 光変調素子は、空間変調素子とも呼ばれる。
 光変調素子11は、入射する光を変調可能な画素領域を有する。画素領域に照射された光は、画素ごとに変調され、画像光が生成される。
 RGBの各色光を出射する光源ユニット40と、各色光用の光変調素子11とは、光変調素子11の画素領域に光源ユニット40から出射された光が照射されるように、互いの位置が適宜設計されている。
 本実施形態では、光変調素子11の画素領域に対して、光源ユニット40の光軸L1が略垂直に交差するように、光源ユニット40が配置される。
 本実施形態では、ダイクロイックプリズム12を3方から囲むように、RGBの各色光用の3つの光変調素子11R、11G、及び11Bが配置される。そして、光変調素子11R、11G、及び11Bの各々の画素領域に対応する色光を照射可能な位置に、光源ユニット40R、40G、及び40Bが配置される。
 図1に示すように、ダイクロイックプリズム12を挟むようにして、光源ユニット40R及40Bが、互いに対向するように配置される。そして光源ユニット40R及40Bが対向する方向に対して略直交する方向から、ダイクロイックプリズム12に向けて光源ユニット40Gが配置される。
 光源ユニット40R光軸L1上に、光変調素子11Rが配置される。
 光源ユニット40G光軸L1上に、光変調素子11Gが配置される。
 光源ユニット40R光軸L1上に、光変調素子11Bが配置される。
 これによりダイクロイックプリズム12には、3方向から、RGBの各色光用の3つの光変調素子11R、11G、及び11Bにより生成された赤色画像光、青色画像光、及び緑色画像光が入射する。
 ダイクロイックプリズム12は、例えば複数のガラスプリズム(4つの略同型状の直角二等辺プリズム)を接合することによって構成される。各ガラスプリズムの接合面には、所定の光学特性を有する2つの干渉膜が形成される。
 そのうちの第1の干渉膜は、青色光Bを反射し、赤色光R及び緑色光Gを透過させる。第2の干渉膜は、赤色光Rを反射し、青色光B及び緑色光Gを透過させる。
 従って赤色画像光及び青色画像光は接合面により反射され、緑色画像光Gは接合面を透過する。これによりりRGBの各色の画像光が同一光路上に合成され、カラー画像を構成する画像光Wが生成される。
 投射システム20は、画像生成システム10により生成された画像(画像光W)を投射する。投射システム20は、複数のレンズ(図示は省略)等を有し、画像光Wを所定の倍率に拡大して、スクリーン等の投射対象物1に投射する。これによりフルカラーの画像が表示される。
 コントローラ25は、例えばCPU、GPU、DSP等のプロセッサ、ROMやRAM等のメモリ、HDD等の記憶デバイス等、コンピュータの構成に必要なハードウェアを有する。
 例えばCPU等がROM等に予め記録されている制御プログラム当をRAMにロードして実行することにより、画像表示装置500内の各機構を制御することが可能である。
 コントローラ25の構成は限定されず、任意のハードウェア及びソフトウェアが用いられてよい。もちろんFPGA、ASIC等のハードウェアが用いられてもよい。また画像表示装置500内において、コントローラ25が構成される位置も限定されず、任意に設計されてよい。
 プログラムは、例えば種々の記録媒体を介して画像表示装置500にインストールされる。あるいは、インターネット等を介してプログラムのインストールが実行されてもよい。
 プログラムが記録される記録媒体の種類等は限定されず、コンピュータが読み取り可能な任意の記録媒体が用いられてよい。例えば、コンピュータが読み取り可能な非一過性の任意の記憶媒体が用いられてよい。
 本実施形態では、コントローラ25により、RGBの各光源ユニット40及びRGBの各光変調素子11の駆動を制御することが可能である。
 特に、各光源ユニット40に対して、光源ユニット40が有する複数のLED41の駆動を、個別に制御することが可能である。すなわち本実施形態では、複数のLED41に対して、ローカルディミング(部分駆動)方式の制御を実行することが可能である。
 本実施形態において、光源ユニット40は、本技術に係る光源装置の一実施形態に相当する。
 コントローラ25は、本技術に係る出射制御部の一実施形態に相当する。
 [光源ユニット]
 図2は、光源ユニット40の構成例を示す模式図である。
 以下では、3つの光源ユニット40R、40G、及び40Gの共通の構成例として説明を行う。
 図2に示すように、光源ユニット40は、複数のLED41が実装された光源基板42と、複数の光線制御部材43と、倍率変更光学系44とを有する。
 図3は、光源基板42の構成例を示す模式図である。
 本実施形態では、光源基板42に、直交する2方向に並ぶ3×5の合計15個のLED41がマトリックス状に実装される。
 各LED41の中心から、光源基板42に垂直な方向に延びる軸が、各LED41の光軸L2となる。LED41は、光軸L2に沿って、発散光Eを出射する。なお、中央に配置されたLED41の光軸L2を、光源ユニット40の光軸L1とする。
 LED41は、点状光源として機能する。すなわち、本実施形態に係る光源ユニット40は、マトリックス状に配置された15個の点状光源を有する。
 もちろん本技術の適用において、LED41の数や、LED41の配置構成は限定されず、任意に設計されてよい。
 以下の説明において、光軸L2(L1)の方向を前後方向として、LED41が配置される側を「後方」とし、発散光Eが出射される側を「前方」として、説明を行う場合がある。
 本実施形態において、1以上のLED41は、1以上の発光部に相当する。
 図2に示すように、複数の光線制御部材43は、複数のLED41の各々の光軸L2上に配置される。
 複数の光線制御部材43の各々は、互いに等しい構成を有し、LED41に対する配置構成(配置される向き、LED41との位置関係等)も互いに等しい。
 図2に示すように、光線制御部材43は、入射面45と、内部側面46と、出射面47とを有する。
 入射面45には、LED41から出射された発散光Eが入射する。
 内部側面46は、入射面45に入射した発散光Eを光線制御部材43の内部で反射する。
 出射面47は、内部側面46により反射された発散光Eを光軸L2の方向に出射する。
 光線制御部材43は、LED41から光軸L2の方向に沿って出射される発散光Eの状態を制御して、同じ光軸L2の方向に沿って出射することが可能である。以下、光線制御部材43から出射される光を、同じ符号を用いて出射光Eと記載する。
 本実施形態において、光線制御部材43は、光学部材に相当する。
 図2及び図4に示すように、倍率変更光学系44は、フレネルレンズ48と、両凹レンズ49とを有する。倍率変更光学系44は、光源ユニット40の光軸L2を基準として、アフォーカル光学系として構成される。
 倍率変更光学系44は、光源ユニット40の複数の光線制御部材43から出射される光線全体の照射面(照射範囲)を縮小もしくは拡大するための光学系である。本実施形態では、倍率変更光学系44により、光源ユニット40から出射される光線の照射範囲が縮小され、複数のLED41からなる光源マトリックスよりもサイズの小さい光変調素子11に光が照射される。これにより、装置の小型化を実現することが可能である。
 もちろん、光源ユニット40から出射される光線の照射範囲が拡大されるように、倍率変更光学系44が構成されてもよい。
 フレネルレンズ48は、正の焦点距離(正の屈折力)を有し、複数の光線制御部材43の各出射面47の前方側に配置される。フレネルレンズ48は、複数の光線制御部材43の各出射面47から出射される出射光Eを集光し、両凹レンズ49に入射する。
 両凹レンズ49は、入射した光を光源ユニット40の光軸L1の方向(各LED41の光軸L2の方向)に出射する。すなわち、各光線制御部材43から光軸L2の方向に出射された出射光Eは、倍率変更光学系44により縮小されて、同じ光軸L2の方向に出射される。
 両凹レンズ49から出射された出射光Eは、光変調素子11の画素領域に照射される。なお、図4に示すように、フレネルレンズ48により屈折された光の光軸、及び両凹レンズ49により再度コリメートされる光の光軸も、LED41の光軸L1として説明を行う場合がある。
 各光線制御部材43の出射面47から出射される出射光Eの状態と、倍率変更光学系44の両凹レンズ49から出射される出射光Eの状態とを比較すると、光束が縮小されている。すなわち、光軸L1を中心に光束のサイズは小さくなっている。一方で、光軸L1に対する発散角度等の出射特性は維持されている。
 例えば、図2及び4に示す光変調素子11の位置に被照射面を配置した場合の照射範囲と、フレネルレンズ48の位置に被照射面を配置した場合の照射範囲とを比較する。そうすると、照射範囲は所定の倍率で縮小されるが、照射範囲の形状や、光束内の相対的な照度分布等は略維持される。
 倍率変更光学系44を配置することで、装置の小型化を図ることが可能となる。
 本実施形態では、光源ユニット40の光軸L1(中央のLED41の光軸L2)が光変調素子11の画素領域の中央に合わせられる。従って、図2に示す中央のLED41から出射される発散光Eは、光変調素子11の画素領域の中央の領域に照射される。
 そして、光源基板42内の各LED41の位置関係が、光変調素子11の画素領域における光が照射される領域の位置に反映される。すなわち中央のLED41の右隣りのLED41からの発散光Eは、画素領域の中央の領域の左隣の領域に照射される。右上方の隅のLED41からの発散光Eは、画素領域の左上の隅の領域となる。もちろんこのような設計に限定される訳ではない。
 上記したように、本実施形態では、コントローラ25により、複数のLED41に対して、ローカルディミング(部分駆動)方式の制御を実行することが可能である。
 ローカルディミング方式の制御により、画素領域のうち必要な領域のみに光を照射することや、画素領域に対して部分領域ごとに照射される光のパワーを制御すること等が可能となる。これにより、投射システム20により投射される画像のコントラストを向上させることが可能となる。また必要なLED41を必要なパワーで駆動すればよいので、消費電力の低減を図ることが可能となる。
 [出射角度]
 図5は、LED41を拡大した拡大図である。
 図5に示すように、LED41は、発散光Eを出射するダイ(チップ)51を有する。ダイ51の中央から延在する軸が、LED41の光軸L2に相当する。
 各LED41から出射される発散光Eについて、LED41の光軸L2に対する角度を出射角度θとする。
 光軸L2の方向に沿って出射される光は出射角度が0度の光となる。光軸L2を基準として、出射方向が光軸L2の方向からずれるほど出射角度θが大きくなる。
 光軸L2に対して10度傾いた方向に出射される光は、出射角度10度の光となる。また光軸に対して30度傾いた方向に出射される光は、出射角度30度の光となる。
 図5では、出射角度θとなる光が、図中の上方側と下方側とにそれぞれ図示されている。本開示において、光軸L2との交差角度が同じ角度となる全ての光(光軸L2を中心に360度周囲にわたって同じ交差角度で出射される光)は、同じ出射角度θの光とする。
 従って、例えば出射角度10度の光は、光軸L2を中心に、光軸L2に対して10度で交差する角度で、光軸L2の周囲にわたって出射される光全体を含むものとする。
 また本開示では、発散光Eを、LED41の光軸に対する出射角度θが異なる複数の光を含む光として説明を行う。例えば、発散光に含まれる出射角度10度の光、発散光に含まれる出射角度30度の光といった表現を用いて、本技術を説明する。
 図6は、LED41のダイ51を示す模式図である。図6Aは、光軸L2の方向に沿って、発散光Eの出射側からダイ51を見た場合の正面図である。図6Bは、ダイ51を側方から見た側面図である。
 LED41から出射される発散光Eは、ダイ51の中央(光軸L2の位置)のみならず、ダイ51の全体から出射される。すなわちダイ51の内の各点を出射点52として、発散光Eは出射される。なお、図6Bに示すように、出射点52が等間隔で並んでいる訳ではなく、図6Aに示すダイ51の出射面53全体から、発散光Eが出射される。
 ダイ51内の各出射点52から出射される発散光Eについても、光軸L2の方向に対する角度を出射角度θとする。
 例えば、各出射点52から光軸L2の方向に沿って出射される光は、全て出射角度0度の光となる。各出射点52から、光軸L2の方向から10度傾いた方向に出射される光は、全て出射角度10度の光となる。
 もちろん1つの出射点52から出射される出射角度10度の光は、当該出射点52から光軸L2の方向に延在する軸を中心に、当該軸に対して10度で交差する角度で、当該軸の周囲にわたって出射される光全体となる。
 ダイ51のサイズは、例えば5mm×5mmのサイズである。もちろんこれに限定されず、任意のサイズのダイ51に対して、本技術は適用可能である。またダイ51の形状も限定されない。
 本実施形態において、ダイ51の出射面53は、発散光Eを出射する出射領域に相当する。
 図7は、光線制御部材43の構成例を示す模式図である。
 図7Aは、光線制御部材43を側方から見た場合の側面図である。
 図7Bは、光線制御部材43を光軸L2に沿って切断した場合の断面図(以下、光軸断面と記載する)である。
 ここでは、LED41の光軸L2方向をZ方向とする。そして図7Aは、X方向から光線制御部材43を見た場合の側面図とする。また図7Bは、光軸L2に沿って、X方向及びZ方向の各々に直交するY方向から、光線制御部材43を切断した場合の光軸断面である。
 光線制御部材43は、入射面45、内部側面46、及び出射面47を有し、LED41の光軸L2上に配置される。
 本実施形態では、光線制御部材43は、光軸L2を中心軸とする回転体の形状を有する。従って、光軸L2に沿って、光軸L2の周囲の任意の方向から光線制御部材43を切断した光軸断面は、互いに略等しい断面形状となる。
 また光線制御部材43は、光軸L2を中心軸とする砲弾型の形状を有する。砲弾型の形状は、典型的には、中心軸を有し回転体の形状からなる。そして、中心軸の方向において、先端に向かうにつれて、断面積が小さくなるような形状である。
 本実施形態では、砲弾型の形状の先端側(断面積が小さくなる側)に入射面45が形成され、入射面45がLED41側に向けられる。そして、前方側(発散光Eの進行方向側)に向けて、断面積が大きくなるように内部側面46が構成され、反対側の端部に出射面47が形成される。なお、出射面47に到達する前の位置が断面積のピークとなり、そこから断面積が若干小さくなっている。
 もちろん、光線制御部材が、砲弾型の形状に限定される訳ではない。
 図8は、入射面45の構成例を示す模式図である。
 図8Aは、図7Bに示す光軸断面における入射面45の拡大図である。
 図8Bは、入射面45を、光軸L2の方向に沿ってLED41側から見た場合の正面図である。
 図8A及びBに示すように、入射面45は、錘状に凹んだ形状を有する。すなわち入射面45は、光軸L2の方向に沿ってLED41側から見た場合に、光軸L2上の位置を頂点55とする凹形状を有する。従って入射面45は、LED41に対して、凹んだ形状となる。
 また図8Aに示すように、入射面45は、光軸L2上の頂点55からLED41側の端部56にかけて、光軸L2側に突出するレンズ面57を有する。すなわち入射面45は、光軸L2の方向に沿ってLED41側から見た場合に、光軸L2に向けて突出するレンズ面57が、光軸L2の周囲にわたって構成されている。
 レンズ面57は、LED41から出射される様々な出射角度の光に対して正の屈折力を作用させ、内部側面46に向けて出射する。例えば、異なる出射角度の複数の光の各々が入射する位置に応じて、レンズ面57の形状を適宜設計する。これにより、複数の光の各々に対して、異なる屈折力を作用させるといったことも可能となる。
 また、光軸L2の周囲にわたってレンズ面57が構成されるので、光軸L2に沿って出射される様々な出射角度の光を適正にスプリットして、内部側面46に導くことが可能となる。
 図8Aに示すように、入射面45は、光軸断面において、頂点55からLED41側の端部56を結ぶ光軸L2側に突出する2本の曲線が、光軸L2を中心として対称に配置された形状を有する。これら2本の曲線(もしくはどちらか一方の曲線)を、光軸L2を回転軸として回転すると、入射面45の形状が実現される。
 図9は、出射面47の構成例を示す模式図である。
 図9Aは、図7Bに示す光軸断面における出射面47の拡大図である。
 図9Bは、出射面47を、光軸L2の方向に沿って発散光Eが出射される側(LED41とは反対側)から見た場合の模式図である。
 図9A及びBに示すように、出射面47は、凹んだ形状を有する。すなわち出射面47は、光軸L2の方向に沿っ発散光Eが出射される側から見た場合に、光軸L上の位置を中心58とする凹形状を有する。従って出射面47は、発散光Eが出射される側に対して、凹んだ形状を有する。
 従って本実施形態では、光線制御部材43は、全体的な外形として砲弾型の形状を有し、光軸L2の方向に沿った両端部が、内部側に凹んだ形状となっている。
 また図9Aに示すように、出射面47は、光軸L2上の中心58から発散光Eが出射される側の端部59にかけて、光軸L2に対して凹状となるレンズ面60を有する。すなわち出射面47は、光軸L2の方向に沿って発散光Eが出射される側から見た場合に、光軸L2に対して凹状となるレンズ面60が、光軸L2の周囲にわたって構成されている。
 レンズ面60は、内部側面46により反射された様々な出射角度の光に対して負の屈折力を作用させ、光軸L2の方向に出射する。例えば、異なる出射角度の複数の光の各々が入射する位置に応じて、レンズ面60の形状を適宜設計する。これにより、複数の光の各々に対して、異なる屈折力を作用させるといったことも可能となる。
 また、光軸L2の周囲にわたってレンズ面60が構成されるので、内部側面46により反射された様々な出射角度の光を適正に出射することが可能となる。
 図9Aに示すように、出射面47は、光軸断面において、中心58から発散光Eが出射される側の端部59を結ぶ光軸L2に対して凹状となる2本の曲線が、光軸L2を中心として対称に配置された形状を有する。これら2本の曲線(もしくはどちらか一方の曲線)を、光軸L2を回転軸として回転すると、出射面47の形状が実現される。
 図7に戻り、内部側面46は、入射面45と出射面47との間で、光軸L2を囲むように構成される。
 内部側面46は、入射面45側から出射面47側に向かうにつれて光軸L2に対する傾斜角度が連続的に変化するように構成される。従って図7Bに示す光軸断面において、内部側面46は、入射面45側から出射面47側に向かうにつれて光軸L2に対する傾斜角度が連続的に変化する2本の曲線を構成する。逆に言うと、これら2本の曲線(もしくはどちらか一方の曲線)を、光軸L2を回転軸として回転すると、内部側面46の形状が実現される。なお連続的な変化は、変化の途中で同じ値が維持される場合も含む。
 図7A及びBに示すように、本実施形態では、内部側面46は、光軸L2に対して外部側に突出する形状を有する。従って光線制御部材43の内部側から内部側面46を見た場合、すなわち内部側面46に入射する光線の入射方向から内部側面46を見た場合、内部側面46は凹状の曲面となっている。
 内部側面46は、入射面45から導かれる様々な出射角度の光を、出射面47に向けて反射する。例えば、異なる出射角度の複数の光の各々が入射する位置に応じて、内部側面46の形状を適宜設計する。これにより、複数の光の各々に対して反射角度等を異ならせて反射するといったことも可能となる。
 例えば、内部側面46を、光軸断面において、入射面45から出射面47に向かうにつれて光軸L2に対する傾斜角度の変化率が連続的に小さくなるように構成するといったことも可能である。
 また、光軸L2の周囲にわたって内部側面46が構成されるので、入射面45から導かれた様々な出射角度の光を適正に反射することが可能となる。
 本実施形態では、錘状に凹んだ入射面45に入射する発散光Eが、内部側面46で全反射されたのちに、曲面状に凹んだ出射面47から光軸L2の方向に出射される。これら入射面45、内部側面46、及び出射面47を構成することで、光線の制御が容易となり、出射光の状態を適正に制御することが可能となる。
 なお入射面45、内部側面46、及び出射面47を、錘状凹部、反射側面、及び出射凹部ということも可能である。
 図10は、光線制御部材43内の光の光路を模式的に示す図である。図10は、光軸断面であるが、光路を見やすくするために、ハッチングの図示は省略されている。
 図10では、光軸L2上の中心の出射点52から出射される、出射角度10度の光E10、出射角度30度の光E30、出射角度50度の光E50が図示されている。
 本実施形態では、中心の出射点52から出射される光に関して、出射角度θが小さい光ほど、内部側面46の出射面47側の位置に入射する。そして出射角度θが大きくなるほど、内部側面46の入射面45側の位置に入射する。
 内部側面46の各位置に入射する光は、内部側面46により反射されて、出射面47に導かれる。
 図11は、中心の出射点52から出射される発散光Eに関して、出射角度θと、内部側面46により反射される反射光の光軸L2とのなす角度との関係を示すグラフである。
 図11では、第1の実施形態における結果のみならず、後に説明する第2の実施形態及び第3の実施形態における結果がまとめて図示されている。
 また図11では、反射光と光軸L2との角度は、-の符号を付けて表現されている。光軸L2との角度が小さいほど絶対値が小さくなる(-の符号の後ろの値が小さくなる)。光軸L2との角度が大きくなるほど絶対値が大きくなる(-の符号の後ろの値が大きくなる)。
 図11に示すように、内部側面46にて反射される光は、全て光軸L2に近づく方向に進行して、出射面47まで到達する。また出射角度θが大きくなるにつれて、反射光と光軸L2とのなす角度は小さくなる。すなわち出射角度θが大きくなるにつれて、内部側面46により反射される反射光は、緩やかに光軸L2と平行な方向に近づいていく。すなわち、反射光と光軸L2とのなす角度が突然大きく変化するような特異点は存在しない。
 このように、入射面45、内部側面46、及び出射面47を構成することで、光線制御部材43から出射される出射光E(出射角度が異なる光全体)が被照射面に照射される際に、明暗差(ムラ)が発生することを十分に抑制することが可能となる。
 例えば、内部側面46の傾斜角度の変化率や、出射面47の傾斜角度の変化率について、急激に変化するような特異点が存在しない構成は有効である。
 図12は、光軸断面上を進行する光線について説明するための図である。
 図12Aに示すように、ダイ51の中心の出射点(以下、中心出射点と記載する)52aを通る軸を、光軸線62とする。図12Aでは、図中上下方向(Y方向)に延在する光軸線62が図示されている。この方向に延在する光軸線62のみならず、中心出射点52aを通り、360度の任意の方向に延在する線を、全て光軸線62とする。
 図12Aに示すように、光軸線62の一方の端部に位置する出射点を、第1の端部出射点52bとする。他方の端部に位置する出射点を、第2の端部出射点52cとする。
 図12Bは、光軸線62の延在方向(Y方向)から光線制御部材43を切断した光軸断面である。
 上記したように、ダイ51内部の各出射点52から、発散光Eが出射される。従って、光軸線62上の各出射点52からも発散光Eが出射される。
 図12Bでは、光軸線62の第1の端部出射点52b、中心出射点52a、第の端部出射点52cから出射される、同じ出射角度θ(例えばn度とする)の光Enが図示されている。
 以下、光軸線62から出射され光軸断面上を進む出射角度n度の光に対して、第1の端部出射点52b側に向けて進む光(図中上方側に進む光)を、出射角度+n度の光+Enとする。また第2の端部出射点52c側に向けて進む光(図中下方側に進む光)を、出射角度-n度の光-Enとする。
 例えば、光軸線62から出射され光軸断面上を進む出射角度10度の光について、出射角度+10度の光+E10と、出射角度-10度の光-E10とを区別して規定する。
 図13は、光軸線62から出射され光軸断面上を進む光の光路の一例を示す模式図である。図13では、図3に示す光源基板42に実装された中央のLED41から出射される光が代表して図示されている。
 図13Aは、光軸線62から出射され光軸断面上を進む出射角度+10度の光+E10、及び出射角度-10度の光-E10の光路を示す模式図である。
 図13Bは、光軸線62から出射され光軸断面上を進む出射角度+30度の光+E30、及び出射角度-30度の光-E30の光路を示す模式図である。
 図13Cは、光軸線62から出射され光軸断面上を進む出射角度+50度の光+E50、及び出射角度-50度の光-E50の光路を示す模式図である。
 図13A~C内の、両凹レンズ49の出射側に図示されている矢印は、光軸線範囲Mである。
 出射角度+10度の光+E10の光軸線範囲を光軸線範囲+M10とし、出射角度-10度の光-M10の光軸線範囲を光軸線範囲-R10とする。
 出射角度+30度の光+E30の光軸線範囲を光軸線範囲+M30とし、出射角度-30度の光-E30の光軸線範囲を光軸線範囲-M30とする。
 出射角度+50度の光+E50の光軸線範囲を光軸線範囲+M50とし、出射角度-50度の光-E50の光軸線範囲を光軸線範囲-M50とする。
 [発散光の照射範囲]
 図14~図18を参照して、LED41の各出射点52から出射される発散光Eの照射範囲について説明する。
 図14Aに示すY方向に延在する光軸線62aを基準として、出射角度+n度の光+En、及び出射角度-n度の光-Enを規定する。
 Y方向に延在する光軸線62を基準とする出射角度+n度の光+Enは、光軸L2の方向を、光軸線62の延在方向に沿って第1の端部出射点52b側にn度傾けた方向に出射される光である。
 Y方向に延在する光軸線62を基準とする出射角度-n度の光-Enは、光軸L2の方向を、光軸線62の延在方向に沿って第2の端部出射点52c側にn度傾けた方向に出射される光である。
 同様に図14Bに示すX方向に延在する光軸線62bを基準として、出射角度+n度の光+En、及び出射角度-n度の光-Enを規定する。
 また図14Cに示すように、ダイ51の対角線方向に延在する光軸線62cを基準として、出射角度+n度の光+En、及び出射角度-n度の光-Enを規定する。
 このように1つの光軸線62に対して規定される2方向に進む光が、ダイ51内の各出射点52から出射された場合の照射範囲についてシミュレーションを実行した。
 図15~図18は、光軸線62を基準として規定される2方向に進む光を、ダイ51の各出射点52から出射させた場合の、被照射面における照射範囲のシミュレーション結果を説明するための模式図である。
 本実施形態では、図2等に示す光変調素子11の画素領域が被照射面となる。図15中のXYZ座標は、図14に示すXYZ座標に対応している。すなわちダイ51に対して規定されたXYZの各方向に対応する方向及び矢印の向きが、同じXYZの矢印にて表現されている。
 図14及び図15に示すXYZ座標により、ダイ51を正面から見た場合の方向及び向きと、被照射面(画素領域)を正面から見た場合の方向及び向きとの対応付けが表現されているとも言える。もちろん本技術の適用が、このような位置関係に限定される訳ではない。
 また図15に示すx軸及びy軸の交点は、被照射面上の光軸L2の位置に相当する(同じ符号L2を付す)。すなわちx軸及びy軸の交点は、図2等に示す各LED41の光軸L2を延在した場合に、画素領域(被照射面)に到達する位置である。
 図15は、光軸線62a~62cの各々を基準とする、出射角度+10度の光+E10、及び出射角度-10度の光-E10が出射された場合の照射範囲を示す模式図である。
 図15Aには、図14Aに示す光軸線62aを基準とした出射角度+10度の光+E10の照射範囲+N10、及び光軸線62aを基準とした出射角度-10度の光-E10の照射範囲-N10が図示されている。
 図15Aに示すように、照射範囲+N10は、図13Aに示す光軸線範囲+M10を基準とした範囲となる。また照射範囲-N10は、図13Aに示す光軸線範囲-M10を基準とした範囲となる。
 なお、光軸線範囲Mは、光軸線62上の各出射点52から、当該光軸線62を基準として規定される出射角度n度の光Enの照射範囲である。光軸線範囲Mは、光軸線62の延在方向に対応する方向に延在するように構成される。また第1の端部出射点52bから出射される光の照射点、及び第2の端部出射点52c出射される光の照射点が、光軸線範囲Mの両端となる。
 光軸線範囲Mは、光軸L2の位置(x軸及びy軸の交点)を基準として構成される。
 なお、照射範囲+N10及び-N10の光軸線範囲+M10及び-M10以外の部分は、ダイ51の光軸線62a上とは異なる位置の出射点52から出射された出射角度+10度の光+E10、及び出射角度-10度の光-E10の照射範囲である。
 図15Bには、図14Bに示す光軸線62bを基準とした出射角度+10度の光+E10の照射範囲+N10、及び光軸線62bを基準とした出射角度-10度の光-E10の照射範囲-N10が図示されている。
 X方向に延在する光軸線62Bを基準とする場合でも、光軸線範囲+M10を基準として照射範囲+N10が構成される。また光軸線範囲-M10を基準として照射範囲-N10が構成される。
 本実施形態では、光線制御部材43は、光軸L2を中心軸として、回転体として構成される。従って、図14Aに示す光軸線62aに対する光軸線範囲+M10及び-M10と、図14Bに示す光軸線62bに対する光軸線範囲+M10及び-M10とは、光軸線範囲の延在方向が異なる点以外は、略等しい構成となる。
 図15Cには、図14Cに示す光軸線62cを基準とした出射角度+10度の光+E10の照射範囲+N10、及び光軸線62cを基準とした出射角度-10度の光-E10の照射範囲-N10が図示されている。
 ダイ51の対角線方向に延在する光軸線62cを基準とする場合でも、光軸線範囲+M10を基準として照射範囲+N10が構成される。また光軸線範囲-M10を基準として照射範囲-N10が構成される。
 なお、光軸線範囲+M10及び-M10の延在方向は、光軸線62cの延在方向に対応する方向となる。
 また対角線方向に延在する光軸線62cは、光軸線62a及び62bよりも長くなる。従って光が出射される領域が長くなるので、光軸線62cに対する光軸線範囲+M10及び-M10も長くなる。また光軸線範囲+M10及び-M10を基準とする照射範囲+N10及び-N10も、サイズが大きくなる。
 それ以外の構成については、光軸線62a及び62bを基準とした場合の照射範囲+N10及び-N10と略等しい構成となる。
 図14A~Cに示す光軸線62a~62cとは異なる方向に延在する光軸線62を基準とした場合の照射範囲+N10及び-N10も、光軸線範囲+M10及び-M10を基準として構成される。
 すなわち、光軸線62の延在方向、及び長さに応じて、照射範囲+N10及び-N10が構成される。
 なお図中では、照射範囲+N10及び-N10の外形が点線で図示されているが、あくまで模式的な図示であり、その形状は様々な形状をとる。
 図16は、ダイ51の各出射点52から、出射角度n度の光が出射された場合の照射範囲Oを説明するための模式図である。
 図16Aには、ダイ51の各出射点52から、出射角度10度の光E10が出射された場合の照射範囲O10が模試的に図示されている。
 例えば、図14に示す光軸線62を0度から180度の範囲で、光軸L2の位置を中心に回転させる。各角度の光軸線62に対応する照射範囲+N10及び-N10を合成することで、照射範囲O10をシミュレーションすることが可能である。
 例えば、図16Aに示すように、対角線方向に延在する光軸線62cに対応する照射範囲+N10及び-N10を基準に、照射範囲O10をシミュレーションすることが可能である。すなわち対角線方向に延在する光軸線62cに対応する光軸線範囲+M10及び-M10を基準に、照射範囲O10をシミュレーションすることが可能である
 本実施形態では、照射範囲O10は、光軸L2の位置を中心として構成される。
 図17は、光軸線62a~62cの各々を基準とする、出射角度+30度の光+E30、及び出射角度-30度の光-E10が出射された場合の照射範囲を示す模式図である。
 図17A~Cには、図14A~Cに示す光軸線62a~62cの各々を基準とした出射角度+30度の光+E30の照射範囲+N30、及び出射角度-30度の光-E30の照射範囲-N30が図示されている。
 出射角度+10度の光+E10、及び出射角度-10度の光-10Eが照射される場合と同様に、照射範囲+N30及び-N30は、図13Bに示す光軸線範囲+M30及び-M30を基準として構成される。
 図14A~Cに示す光軸線62a~62cとは異なる方向に延在する光軸線62を基準とした場合の照射範囲+N30及び-N30も、光軸線範囲+M30及び-M30を基準として構成される。すなわち、光軸線62の延在方向、及び長さに応じて、照射範囲+N30及び-N30が構成される。
 図16Bには、ダイ51の各出射点52から、出射角度30度の光E30が出射された場合の照射範囲O30が模試的に図示されている。
 例えば、図16Bに示すように、対角線方向に延在する光軸線62cに対応する照射範囲+N30及び-N30を基準に、照射範囲O30をシミュレーションすることが可能である。すなわち対角線方向に延在する光軸線62cに対応する光軸線範囲+M30及び-M30を基準に、照射範囲O30をシミュレーションすることが可能である
 照射範囲O30は、光軸L2の位置を中心として構成される。
 図18は、光軸線62a~62cの各々を基準とする、出射角度+50度の光+E50、及び出射角度-50度の光-E50が出射された場合の照射範囲を示す模式図である。
 図18A~Cには、図14A~Cに示す光軸線62a~62cの各々を基準とした出射角度+50度の光+E50の照射範囲+N50、及び出射角度-50度の光-E50の照射範囲-N50が図示されている。
 出射角度+10度の光+E10、及び出射角度-10度の光-10Eが照射される場合と同様に、照射範囲+N50及び-N50は、図13Cに示す光軸線範囲+M50及び-M50を基準として構成される。
 図14A~Cに示す光軸線62a~62cとは異なる方向に延在する光軸線62を基準とした場合の照射範囲+N50及び-N50も、光軸線範囲+M50及び-M50を基準として構成される。すなわち、光軸線62の延在方向、及び長さに応じて、照射範囲+N50及び-N50が構成される。
 図16Cには、ダイ51の各出射点52から、出射角度50度の光E50が出射された場合の照射範囲O50が模試的に図示されている。
 例えば、図16Cに示すように、対角線方向に延在する光軸線62cに対応する照射範囲+N50及び-N50を基準に、照射範囲O50をシミュレーションすることが可能である。すなわち対角線方向に延在する光軸線62cに対応する光軸線範囲+M50及び-M50を基準に、照射範囲O50をシミュレーションすることが可能である
 照射範囲O50は、光軸L2の位置を中心として構成される。
 このように、発散光Eに含まれる出射角度n度の光について、光軸線62に対応する光軸線範囲Mの位置及び長さにより、ダイ51内の各出射点52から出射角度n度の光が出射された場合の照射範囲が規定されることが分かった。
 例えば、光線制御部材43の入射面45、内部側面46、及び出射面47の各々の構成を適宜設計することで、発散光Eに含まれる出射角度θが異なる複数の光の各々について、光軸線範囲Mの位置及び大きさを設定することが可能である。これにより、発散光Eに含まれる出射角度θが異なる複数の光の各々の照射範囲の大きさを、所定の分布とすることも可能となる。
 図19は、出射角度θに応じて光軸線範囲Mを異ならせるための構成例を説明するための模式図である。
 図19Aには、出射角度-10度の光-E10、及び光軸線範囲-M10が図示されている。
 図19Bには、出射角度-30度の光-E30、及び光軸線範囲-M30が図示されている。
 図19Cには、出射角度-50度の光-E50、及び光軸線範囲-M50が図示されている。
 また図19では、倍率変更光学系44が配置されない状態での、光軸線範囲Mが図示されている。この場合でも、各出射角度θに対する光軸線範囲Mの大きさの関係は等しくなる。従って、図19に示す状態から倍率変更光学系44が配置された場合でも、出射角度θに応じて同様に光軸線範囲Mを異ならせることが可能となる。
 例えば、出射角度θが異なる複数の光の各々について、出射面47から光軸L2の方向に出射される際の発散角を制御する。これより光軸線範囲Mを制御することが可能である。
 例えば、出射角度θの異なる複数の光の各々について、入射面45による収束力、内部側面46の収束力、出射面47による発散力を制御する。具体的には、入射面45のレンズ面57の焦点距離(屈折力)、内部側面46における反射位置、内部側面46における反射領域の大きさ、出射面47の焦点距離(屈折力)等を適宜設計する。これにより、出射面47から出射される際の発散角を制御することが可能である。
 ここで、発散角の程度を、大中小で表現するとする。また収束角の程度も大中小で表現するとする。発散角大の光線に収束力が作用されると、発散角が減少し、発散角中、発散角小、平行光、収束角小、収束角中、収束角大の光線に変換される。
 また、収束角大の光線に発散力が作用されると、発散角が増加し、収束角中、収束角小、平行光、発散角小、発散角中、発散角大の光線に変換される。
 図19に示す例では、主に入射面45のレンズ面57の焦点と、内部側面46との位置関係を制御することで、出射角度θに応じて光軸線範囲Mを異ならせる。
 図19Aに示すように、出射角度θが小さい光線については、内部側面46の反射領域Sまでの光路が長くなる。この内部側面46の反射領域Sまでの光路において、入射面45に近い位置に焦点Fが形成されるように、入射面45のレンズ面57を設計する。すなわち、レンズ面57の出射角度θが小さい光線が入射する入射領域(光軸L2に近い領域)の焦点距離Sが短くなるように(屈折力が大きくなるように)設計する。
 焦点Fにて集光した光線は、発散しながら内部側面46に進行する。この発散角を発散角中とする。
 発散角中で内部側面46に進行する光線は、内部側面46までの光路長が長いので、広がりを持って内部側面46に入射する。すなわち内部側面46上の光線を反射する反射領域Sの面積は大きくなる。
 内部側面46は、砲弾型の形状の側面であり、外部側に突出する凸状の形状を有する。従って、内部側面46による反射により、光線は収束される。
 光線の反射領域Sの面積が大きいので、光軸L2の方向における反射領域Sの両端部の反射角度の差は大きくなる。従って反射領域Sにて反射される光線に作用する収束力は、大きくなる。その結果、内部側面46に反射された光線は、発散から収束に変換されて、出射面47に向かって進行する。
 この収束角を、収束角を小とする。すなわち本実施形態では、出射角度θが小さい光線は、内部側面46から大きい収束力が作用されて、発散角中から収束角小の光線に変換される。
 出射面47は、凹レンズ形状となるので、光線は発散されて出射される。
 収束角小の光線は、出射面47から発散力が作用されて、発散角小の光線として、光軸L2の方向に出射される。
 図19Bに示すように、出射角度θが中程度の光線については、内部側面46の反射領域Sまで距離が短くなる。この内部側面46の反射領域Sまでの光路上に焦点Fが形成されるように、入射面45のレンズ面57を設計する。
 焦点Fにて集光した光線は、発散角中の光線として内部側面46に進行する。焦点Fから内部側面46までの距離は短いので、反射領域Sの面積は小さくなる。従って、発散角中の光線に作用する収束力は小さくなる。この結果、出射角度θが中程度の光線は、発散角中から発散角小の光線に変換され、出射面47に入射する。
 発散角小の光線は、出射面47から発散力が作用されて、発散角中の光線として、光軸L2の方向に出射される。
 図19Cに示すように、出射角度θが大きい光線については、内部側面46の反射領域Sまで距離がさらに短くなる。この内部側面46の反射領域Sまでの光路上ではなく、反射領域Sに反射された光線の光路上に焦点Fが形成されるように、入射面45のレンズ面57を設計する。
 光線は、焦点Fに集光する前に面積の小さい反射領域Sにて反射され、小さい収束力が作用される。従って、内部側面46に向かって進んでいた収束角中の光線は、内部側面46に反射されることで収束角大の光線に変換されて、焦点Fに集光する。その後、光線は、発散角大の光線となって出射面47に入射する。
 図19Cに示すように、焦点Fから出射面47までの距離は長い。従って、発散角大の光線は、十分な広がりを持って出射面47に入射する。すなわち出射面47上の光線が入射する入射領域の面積は大きくなる。従って、出射面47により光線に作用する発散力は大きいものとなる。この結果、出射角度θが大きい光線は、発散角大の光線として、光軸L2の方向に出射される。
 例えば、このように入射面45、内部側面46、出射面47を設計することで、出射角度θが異なる複数の光の各々について、光軸線範囲Mの大きさを制御することが可能となる。これにより、発散光Eに含まれる出射角度θが異なる複数の光の各々の照射範囲Oの大きさを制御して、所定の分布とすることが可能となる。
 図20は、出射角度と、光軸線範囲との関係を示すグラフである。
 グラフの原点(0、0)は、被照射面上の光軸L2の位置に相当する。
 グラフの横軸は、出射角度θである。0度から右側のグラフは、出射角度+n度の光+Enが出射された場合の光軸範囲+Mである。0度から左側のグラフは、出射角度-n度の光-Enが出射された場合の光軸範囲+Mである。光軸範囲+M及び-Mは、原点に対して点対称の関係となる。
 図20では、右側の領域に光軸線範囲+M10、+M30、及び+M50が図示され、左側の領域に光軸線範囲-M10、-M30、及び-M50が図示されている。
 グラフの縦軸の照射面座標は、原点を基準とした座標系であり、隣接するLED41同士の光軸L2の位置間の距離を1として設定されている。
 例えば、図3に示す複数のLED41のうち、中央で上下方向に並ぶ3つのLED41に着目する。3つのLED41のうち真ん中のLED41における結果が、図20のグラフとする。
 この場合、真ん中のLED41の上方に隣接するLED41における結果は、図20に示すグラフを1目盛り分上方に移動したグラフとなる。真ん中のLED41の下方に隣接するLED41における結果は、図20に示すグラフを1目盛り分下方に移動したグラフとなる。
 従って、真ん中のLED41から出射される発散光Eの照射範囲は、図20に示す原点を中心に構成される。上方側に隣接するLED41から出射される発散光Eの照射範囲は、図20に示す座標(0、1)を中心に構成される。下方側に隣接するLED41から出射される発散光Eの照射範囲は、図20に示す座標(0、-1)を中心に構成される。
 本実施形態では、図3に示す複数のLED41のピッチは11mmとした。そして、被照射面上の光軸L2の位置のピッチ(グラフの1目盛り分の長さ)は、2.8mmとなった。
 また、図20に示す光源端(+)及び光源端(-)は、図12等に示す第1の端部出射点52b、及び第2の端部出射点52cに対応する。
 光源中心は、図12等に示す中心出射点52aから出射される光の照射点である。図20に示すように、必ずしも中心出射点52aから出射される光が、光軸線範囲Mの中央に照射される訳ではない。
 図20に示すように、本実施形態では、出射角度θに応じて、光軸線範囲Mの長さが大きく変化するように、光線制御部材43が構成されている。
 図16等に示すように、光軸線範囲Mの長さにより、対応する出射角度θの光の照射範囲が規定される。
 図20に示す例では、出射角度θが大きくなるにつれて、原点を中心として各光線の子光線軸範囲Mは大きくなる。50度を過ぎると、原点を中心として各光線の光線軸範囲Mは小さくなる。
 これら各光線の照射範囲を合成すると、被照射面上において、光軸L1の位置が最大照度となり、光軸L1の位置から離れるにつれて連続的に照度が低下する。
 なお、出射角度θが略15度までの光は、原点付近に光が照射されないドーナツ形状の照射範囲となる。一方で、出射角度θが略15度以上となる光については、原点を含むような照射範囲となる。従って、被照射面上において、光軸L2の位置は、最大照度となる。
 図21は、被照射面上に照射される発散光Eの照度分布を示す模式図である。
 図21Aは、1つのLED41を点灯した場合の照射分布を示す図である。
 図21Bは、図3に示す15個のLED41を点灯した場合の照射分布を示す図である。
 図22は、図21A及びBに示すH-H線における照度分布を示すグラフである。
 図中の下のグラフが、1つのLED41を点灯した場合の照射分布である。
 図中の上のグラフが、15個のLED41を点灯した場合の照射分布である。
 図21A及び図22に示すように、1つのLED41を点灯した場合に、光軸L2を中心に略円形状に広がって照度が低下する照度分布となる。また照度の低下についても、急峻に低下することなく緩やかに低下している。
 また図22に示すように、1つのLED41を点灯した場合に、光軸L2の位置(0mmの位置)から、±2.5mm程度の範囲までは、明るく見える領域となっている。すなわち隣接するLED41の光軸L2の位置付近まで、照度が比較的高い領域が広がる。
 これにより、図21B及び図22に示すように、全てのLED41を点灯した場合に、被照射面上に照度のムラが十分に抑えらえた均一の光を照射することが可能となる。この結果、スクリーン等に投影される画像に輝度ムラが発生してしまうことを防止することが可能となり、高品質の画像表示を実現することが可能となる。
 また、ローカルディミング方式の制御が実行される場合にも、画像に輝度ムラが発生することはなく、画素領域の必要な領域に必要なパワーで照明光を照射することが可能となる。この結果、画像のコントラストの向上及び消費電力の低減を実現することが可能となる。
 [比較例]
 比較例として、図3に示す複数のLED41の各々に、凸レンズ形状からなるコリメータレンズを配置した場合について考察する。
 図23は、出射角度と、光軸線範囲との関係を示すグラフである。
 図24は、被照射面上に照射される発散光Eの照度分布を示す模式図である。
 図25は、図24A及びBに示すH-H線における照度分布を示すグラフである。
 図23に示すように、コリメータレンズが配置される場合には、出射角度θが異なる複数の光の各々について、光軸範囲Mは、光軸L2の位置(原点)を基準として、略同じ範囲となる。この場合、被照射面上において、特定の領域に光が集まり照度が高くなってしまう。従って、図25に示すように、ダイ51の縁部に対応する位置にて、照度が急峻に変化してしまう。
 この結果、図24Aに示すように、被照射面上には、ダイ51の像が視認可能に結像されてしまう。そうすると図24B及び図25に示すように、全てのLED41を点灯した場合に、被照射面上に照度のムラが発生してしまう。この結果、スクリーン等に投影される画像について輝度ムラが発生してしまう。
 またローカルディミング方式の制御を実行することも難しい。
 例えば、光軸L2の方向に沿って、光変調素子11の位置を前後に移動する。そして、光線の焦点をずらしてぼかすことで、急峻な照度変化を抑制する。このような方法では、1つのLED41からの発散光Eの照射範囲が広がりすぎてしまい、任意のLED41のみを点灯するローカルディミング方式の制御に適用することは難しい。
 本実施形態に係る光源ユニット40では、LED41の光軸L2上に光線制御部材43が配置される。光線制御部材43の入射面45、内部側面46、及び出射面47を適宜設計することで、容易に光源の制御が可能となり、出射光の状態を適正に制御することが可能となる。
 例えば、図21に例示するような、中心から周囲に向けて緩やかに照度が低下する照度分布(以下、緩変化分布と記載する)を容易に実現することが可能となる。この結果、複数の点状光源を用いたローカルディミング方式の制御に有利となる。
 ここで、緩変化分布の実現について新たに考案したポイントについて列挙する。以下のポイントは、緩変化部分を実現するために有利なポイントであるが、必ずしも緩変化部分を実現するために必須なポイントではない。すなわち以下の示す各ポイントの一部または全部を満たさないと緩変化分布が実現されないというわけではない。
 出射面47から出射される出射角度θが異なる複数の光の各々が、光軸L2の位置を基準とした出射角度θに応じた照射範囲に照射されるように、光線制御部材43を構成する。
 複数の光の各々の出射角度θに応じた照射範囲の大きさが、所定の分布となるように構成される。すなわち緩変化分布が実現されるように、複数の光の各々の出射角度θに応じた照射範囲の大きさが規定される。
 複数の光の各々の出射角度θに応じた照射範囲が、光軸L2の位置を中心として構成されるように、光線制御部材43を設計する。
 複数の光の各々の出射角度θに応じた照射範囲の大きさの最大値と最小値との差が十分に大きくなるように、また照射範囲の大きさが最大値から最小値の間で連続的に分布されるように、光線制御部材43を設計する。
 例えば、照射範囲の大きさの最大値と最小値との差について、閾値が設定されてもよい。例えば、閾値は、図20に示す照射面座標の1目盛り分の大きさ(被照射面上の光軸L2の位置のピッチ)に基づいて設定することが可能である。もちろんこれに限定されず、所望の緩変化分布が実現されるように、任意に設定されてよい。
 照射範囲の大きさを規定するパラメータとして、複数の光の各々の出射角度θに応じた照射範囲の光軸L2の位置からの最大距離を用いることも可能である。そして各照射範囲の最大距離の最大値と最小値との差が所定の閾値よりも大きく、また最大距離が最大値及び最小値の間で連続的に分布されるように、光線制御部材43が設計されてもよい。
 複数の光の各々の出射角度θに応じた照射範囲が、互いに異なるように、光線制御部材43を構成することも有効である。
 その他、光線制御部材43について、出射面47から出射され光軸L2上に配置された被照射面に照射される発散光Eの照度が、被照射面上の光軸L2の位置で最大となり、光軸L2の位置から離れるにつれて連続的に低下するような、任意の構成が採用されてよい。
 被照射面に照射される発散光Eの照度の、光軸L2の位置から離れるにつれて低下する割合(低下率)が、所定の範囲に収まるように、光線制御部材43を構成する。すなわち照度の急峻な低下が発生しないように、光線制御部材43を構成することも有効である。
 所定の範囲は、例えば、照度の変化が視認可能とはならない範囲が、その都度キャリブレーション等により設定されてもよい。また所定の範囲は、投影される画像の輝度ムラの状態等に応じてキャリブレーション等により設定されてもよい。その他、任意の方法により、所定の範囲が設定されてもよい。
 例えば、図10及び図11で例示した光路が実現されるような構成は、被照射面上における照明光の照度ムラの抑制に有効である。
 緩変化分布の実現について、光線制御部材43により被照射面に照射される光源像(点状光源の像)の大きさについても考察した。光線制御部材43により被照射面に照射される光源像は、発散光Eに含まれる出射角度θの異なる複数の光の各々の光源像により構成される。この出射角度θの異なる複数の光の各々の光源像の大きさ関して、少なくとも1.5倍以上の変化が発生するように、光線制御部材43を設計する。これにより、緩変化分布の実現に有利となる。
 例えば、出射角度θmの光により形成される光源像の大きさが最小であったとする。また出射角度θMの光により形成される光源像の大きさが最大であったとする。この場合、最大の光源像の大きさが、最小の光源像の大きさの少なくとも1.5倍以上となるように、光線制御部材43を設計する。また、複数の光の各々の光源像の大きさが、最小の光源像の大きさから最大の光源像の大きさまでの範囲内で連続的に変化するように、光線制御部材43を設計する。
 点状光源の像の大きさは、例えば、点状光源の発光強度が最大値から半値となる角度範囲の光の像により規定することが可能となる。例えば、完全拡散光の場合は、半値角は60度となる。これらの角度範囲の光が結像された像を、点状光源の像として規定することが可能である。
 従って、本ポイントは、点状光源の発光強度が最大値から半値となる角度範囲において、出射角度θの異なる複数の光の各々の光源像の大きさ関して、1.5倍以上の変化が発生するように、光線制御部材43を設計する。このように言い換えることも可能である。
 もちろん、点状光源の像の大きさを規定する方法として、他の方法が採用されてもよい。
 なお発散光Eに含まれる出射角度θの異なる複数の光の各々の光源像の大きさは、発散光Eに含まれる出射角度θの異なる複数の光の各々の照射範囲の大きさに関連するパラメータである。
 従って、緩変化分布の実現に有利なポイントとして、出射角度θの異なる複数の光の各々の照明範囲の大きさ関して、1.5倍以上の変化が発生するように、光線制御部材43を設計する。このようなポイントも挙げられる。
 例えば、照射範囲の大きさの最大値と最小値との差について、最大値が最小値の少なくとも1.5倍となるように、光線制御部材43を設計する。また複数の光の各々の照射範囲の大きさが、最小値から最大値までの範囲内で連続的に変化するように、光線制御部材43を設計する。もちろん点状光源の発光強度が最大値から半値となる角度範囲において、本ポイントが成立するように、光線制御部材43が設計されてもよい。
 緩変化分布の実現について、出射角度θが異なる複数の光の各々の、中心出射点52aから出射される光の照射点(図20に示す光源中心)の位置についても考察した。
 例えば図20を参照して、右側の出射角度+n度の領域、及び左側の出射角度-n度の領域の各々について、光源中心の位置がプロットされている。光源中心の位置は、出射角度+n度の領域、及び左側の出射角度-n度の領域で対称となる(同じ位置となる)。
 出射角度θが異なる複数の光の各々について、光源中心が近い位置に集中すると、LED41から出射される発散光E全体の照射範囲において、光源中心が集中する位置の照度が相対的に高くなる。
 例えば、図26に例示するように、出射角度θが異なる複数の光の各々について、光源中心が、光軸L2の位置付近に集中しているとする。この場合、発散光E全体の照射範囲において、光軸L2の位置(すなわち中心位置)の照度が高くなりすぎてしまい照度ムラが発生してしまう可能性もあり得る。
 そこで、出射角度θが異なる複数の光の各々の光源中心(中心出射点52aから出射される光の照射点)の位置が、光軸L2の位置のピッチの0.5倍以上の大きさで距離変化するように、光線制御部材43を構成する。これにより、照射範囲の所定の位置の照度が高くなりすぎてしまいムラの原因となるといったことを防止することが可能となる。
 例えば、点状光源の発光強度が最大値から半値となる角度範囲において、光源中心の位置が、光軸L2の位置のピッチの0.5倍以上の大きさで距離変化するように、光線制御部材43を構成することで、ムラを十分に抑えた緩変化分布を実現することが可能となる。
 なお、あえて各光の光源中心を集めることで、その部分の照度を向上させるといったことも可能である。
 なお、本技術の適用が、緩変化分布の実現のみに限定される訳ではない。光線制御部材43の入射面45、内部側面46、及び出射面47の各々を適宜設計することで、複数の光の各々の出射角度θに応じた照射範囲の大きさを、他の所望の分布とすることが可能である。
 また1つのLED41と1つの光線制御部材43とを有する光源ユニットを、本技術に係る光源装置の一実施形態として構成することも可能である。
 以上、本実施形態に係る光源ユニット40では、発散光Eを出射するLED41の光軸L2に、入射面45、内部側面46、及び出射面47を有する光線制御部材43が配置される。光線制御部材43は、発散光Eに含まれる複数の光の各々が、出射角度θに応じた照射範囲で照射されるように構成される。また光線制御部材43は、複数の光の各々の照射範囲の大きさが、所定の分布となるように構成される。
 これにより出射面47から出射される出射光Eの状態を制御することが可能となる。
 <第2の実施形態>
 本技術に係る第2の実施形態の画像表示装置及び光源ユニットについて説明する。これ以降の説明では、上記の実施形態で説明した画像表示装置500及び光源ユニット40における構成及び作用と同様な部分については、その説明を省略又は簡略化する。
 図27は、本実施形態に係る光線制御部材43が用いられた場合に、光軸線62から出射され光軸断面上を進む光の光路の一例を示す模式図である。図27では、図3に示す光源基板42に実装された中央のLED41から出射される光が代表して図示されている。
 図28は、光軸断面における入射面45の拡大図である。
 本実施形態に係る光線制御部材43は、図28に示すように、錘状凹部として構成される入射面45について、さらに傾斜が大きくなるように設計される。これにより、出射角度θが小さい光線を大きく屈折させることが可能となる。
 この結果、図27に示すように、光軸L2の方向における光線制御部材43のサイズ(光線制御部材43の全長)を、小さくすることが実現されている。これにより装置の小型化に非常に有利である。
 図27に示すように、本実施形態では、出射角度10度の光+E10(-E10)の光軸線範囲+M10(-M10)の方が、出射角度50度の光+E50(-E50)の光軸線範囲+M50(-M50)よりも長くなっている。
 出射角度30度の光+E30(-E30)の光軸線範囲+M30(-M30)は、出射角度10度の光+E10(-E10)の光軸線範囲+M10(-M10)よりも短く、出射角度50度の光+E50(-E50)の光軸線範囲+M50(-M50)よりも長くなっている。
 図29は、出射角度θに応じて光軸線範囲Mを異ならせるための構成例を説明するための模式図である。
 本実施形態では、主に入射面45の屈折力と、出射面47の屈折力とを制御することで、出射角度θに応じて光軸線範囲Mを異ならせる。
 具体的には、図29Aに示すように、出射角度θが小さい光線については、入射面45(レンズ面57)における屈折力を大きくして、焦点Fに集光された後に、発散角大の光線として内部側面46に入射させる。
 これにより、内部側面46により反射された光線の、出射面47に入射する入射領域Tの面積が大きくなる。従って、出射面47により光線に作用する発散力は大きいものとなる。この結果、出射角度θが小さい光線は、発散角大の光線として、光軸L2の方向に出射される。
 図29Bに示すように、出射角度θが中程度の光線については、焦点Fに集光された後に、発散角中の光線として内部側面46に入射する。内部側面46により反射された光線の、出射面47に入射する入射領域Tの面積は小さくなり、出射面47により光線に作用する発散力も抑えられる。この結果、出射角度θが中程度の光線は、発散角中の光線として、光軸L2の方向に出射される。
 図29Cに示すように、出射角度θが大きい光線については、入射面45(レンズ面57)における屈折力を小さくして、収束角小の光線として内部側面46に入射させる。内部側面46により反射された光線は、焦点Fに集光された後に、発散角小の光線として出射面47に入射する。
 出射面47における入射領域Tは小さいものとなり、出射面47により光線に作用する発散力は抑えられる。この結果、出射角度θが大きい光線は、発散角小の光線として、光軸L2の方向に出射される。
 例えば、このように入射面45、内部側面46、出射面47を設計することで、出射角度θが異なる複数の光の各々について、光軸線範囲Mの大きさを制御することが可能となる。これにより、発散光Eに含まれる出射角度θが異なる複数の光の各々の照射範囲Oの大きさを制御して、所定の分布とすることが可能となる。
 図30は、出射角度と、光軸線範囲との関係を示すグラフである。
 図20に示すように、出射角度θに応じて、光軸線範囲Mの長さが大きく変化するように、光線制御部材43が構成されている。
 図30に示す例では、出射角度θが小さくなるにつれて、原点を中心として各光線の照射範囲Oは大きくなる。
 これら各光線の照射範囲Oを合成すると、被照射面上において、光軸L1の位置が最大照度となり、光軸L1の位置から離れるにつれて連続的に照度が低下する。
 図31は、被照射面上に照射される発散光Eの照度分布を示す模式図である。
 図32は、図31A及びBに示すH-H線における照度分布を示すグラフである。
 図31A及び図32に示すように、1つのLED41を点灯した場合に、光軸L2を中心に略円形状に広がって照度が低下する照度分布となる。また照度の低下についても、急峻に低下することなく緩やかに低下している。
 また図32に示すように、隣接するLED41の光軸L2の位置付近まで、照度が比較的高い領域が広がる。
 これにより、図31B及び図32に示すように、全てのLED41を点灯した場合に、被照射面上に照度のムラが十分に抑えらえた均一の光を照射することが可能となる。この結果、スクリーン等に投影される画像に輝度ムラが発生してしまうことを防止することが可能となり、高品質の画像表示を実現することが可能となる。
 また、ローカルディミング方式の制御が実行される場合にも、画像に輝度ムラが発生することはなく、画素領域の必要な領域に必要なパワーで照明光を照射することが可能となる。この結果、画像のコントラストの向上及び消費電力の低減を実現することが可能となる。
 また図11に示すように、本実施形態においても、出射角度θが大きくなるにつれて、内部側面46により反射される反射光は、緩やかに光軸L2と平行な方向に近づいていく。すなわち、突然反射光と光軸L2とのなす角度が大きく変化するような特異点は存在しない。この結果、光線制御部材43から出射される出射光E(出射角度が異なる光全体)が被照射面に照射される際に、明暗差(ムラ)が発生することを十分に抑制することが可能となる。
 その他、本実施形態に係る構成でも、第1の実施形態で説明した効果が発揮される。
 <第3の実施形態>
 図33は、本技術の第3の実施形態に係る光線制御部材が用いられる場合の、出射角度と、光軸線範囲との関係を示すグラフである。
 本実施形態に係る光線制御部材は、第1の実施形態に係る光線制御部材43の設計を変更したものである。図33に示すように、第1の実施形態でのグラフ(図20)と比較すると、出射角度θが異なる複数の光の各々の光軸線範囲Mが、縦軸の照射面座標において、おおよそ(-2~2)までの範囲に収められている。
 このように、各出射角度θの光について光軸線範囲Mを一定の範囲に収めることで、光利用効率を向上させることが可能となり、高輝度のプロジェクタ等を実現することが可能となる。
 図34は、被照射面上に照射される発散光Eの照度分布を示す模式図である。
 図35は、図34A及びBに示すH-H線における照度分布を示すグラフである。
 図34A及び図35に示すように、1つのLED41を点灯した場合に、光軸L2を中心に略円形状に広がって照度が低下する照度分布となる。また照度の低下についても、急峻に低下することなく緩やかに低下している。
 また図35に示すように、隣接するLED41の光軸L2の位置付近まで、照度が比較的高い領域が広がる。
 これにより、図34B及び図35に示すように、全てのLED41を点灯した場合に、被照射面上に照度のムラが十分に抑えらえた均一の光を照射することが可能となる。この結果、スクリーン等に投影される画像に輝度ムラが発生してしまうことを防止することが可能となり、高品質の画像表示を実現することが可能となる。
 また、ローカルディミング方式の制御が実行される場合にも、画像に輝度ムラが発生することはなく、画素領域の必要な領域に必要なパワーで照明光を照射することが可能となる。この結果、画像のコントラストの向上及び消費電力の低減を実現することが可能となる。
 また図11に示すように、本実施形態においても、出射角度θが大きくなるにつれて、内部側面46により反射される反射光は、緩やかに光軸L2と平行な方向に近づいていく。すなわち、突然反射光と光軸L2とのなす角度が大きく変化するような特異点は存在しない。この結果、光線制御部材43から出射される出射光E(出射角度が異なる光全体)が被照射面に照射される際に、明暗差(ムラ)が発生することを十分に抑制することが可能となる。
 その他、本実施形態に係る構成でも、第1の実施形態で説明した効果が発揮される。
 <その他の実施形態>
 本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。
 図36は、複数のLED41に対して配置される光線制御部材43の外形を示す模式図である。
 上記の実施形態では、光線制御部材43は、LED41の中心を通る光軸を中心軸とする回転体の形状で構成された。
 図36に示すように、回転体ではなく、断面形状が楕円形状となるように、光線制御部材43を構成することも可能である。
 図37は、図36に示すJ-J線での断面図である。
 例えば、光線制御部材43の出射側に、偏光変換素子(PSコンバータ)65を配置する。偏光変換素子65は、偏光分離膜66及び1/2波長板67が、複数段重ねられて配置される。
 偏光分離膜66及び1/2波長板67が重ねられる方向に、断面の楕円形状の短軸方向を合わせる。また偏光分離膜66及び1/2波長板67が延在する方向(図中の紙面垂直方向)に、断面の楕円形状の長軸方向が合わせられる。そして、偏光変換素子65の入光部に、光線制御部材43が位置合わせられる。
 これにより、偏光変換素子65に効率よく光を入射することが可能となり、効率のよい偏光照明を実現することが可能となる。
 その他、光線制御部材43の断面形状等は任意に設計されてよい。例えばLED41の中心を通る光軸を中心軸として、回転対称となる形状(中心軸を中心に(360/n)°回転させた場合に、同様の構成となる形状(nは2以上の整数))が採用されてもよい。
 図38に示すように、複数のLEDに代えて、複数のLD(Laser Diode)70と、拡散板(マイクロレンズアレイ)71とが用いられてもよい。
 LD70を用いることで、LEDと比べて、光源の光束密度を高めることが可能となり、明るい照明光を得ることが可能となる。
 なおLD70のビーム断面も特有の形状でかつバラつきもあるため、光線制御部材43によってLEDと同様にムラの緩和が可能である。
 図38に示す構成例では、拡散板71の発光スポットが、「点状光源」として機能する。すなわち図38に示す構成例では、1以上のLD70及び拡散板71により、本技術に係る1以上の発光部の一実施形態が実現される。
 例えば、図1に示すRGBの光源ユニット40R、40G及び40Bに対して、図38に示す構成を採用する。すなわち赤色LD及び拡散板を備える光源ユニット40R、緑色LD及び拡散板を備える光源ユニット40G、青色LD及び拡散板を備える光源ユニット40Bを採用する。これにより本技術に係る画像表示装置として、プロジェクタを実現することが可能である。
 図39に示す画像表示装置500では、1つの光源ユニット40が用いられる。光源ユニット40は、1つの光線制御部材43の入射面45に対する発光スポットが、RGBの各色が混色された状態となる。
 例えば、図39に示すように、拡散板71の同一個所にRGBの3色のLD70R、70G、及び70Bにより、異なる角度でRGBの各色のレーザ光が照射される。あるいはRGBの3色の光が、ダイクロイックプリズム等により合成されて、RGBの混色が行われてもよい。
 例えば、コントローラ25により、RGBの各LD70R、70G、及び70Bの発光タイミングと、単板の光変調素子11の動作とを同期させることで、フィールドシーケンシャル方式のカラー表示が可能となる。また光源ユニット40が1つでよいので、装置の小型化に有利である。
 あるいは、図39に示すRGBの各LD70R、70G、及び70Bに代えて、白色LED(例えば青色LED+蛍光体)を配置する。また光変調素子11として、RGBカラーフィルタを備えるデバイスを用いる。
 これにより、装置の小型化を図ることが可能となる。またRGBのLD70R、70G、及び70Bが備える構成で発生し得るカラーブレイクも解消される。
 透過型の光変調素子に限定されず、反射型の光変調素子が用いられてもよい。例えば光変調素子として、液晶パネルを用いることが可能である。もちろんこれに限定されず、MEMSデバイス(DMD:デジタルミラーデバイス)等の他の任意のデバイスが用いられてよい。
 例えば、透過型液晶パネルと、反射型液晶パネルとを比較すると、反射型液晶パネルの方が、画素メッシュ感が緩和される傾向にある。
 またMEMSデバイス(DMD)が用いられる場合、偏光照明とする必要がないので、小型化及び効率化に有利である。
 本技術に係る光源装置を用いて照明装置を実現することも可能である。
 例えば図40に示すように、倍率変更光学系44の両凹レンズ49、光変調素子11、投射システム20を設置しない構成により、照明装置600を実現することが可能である。もちろん、そのような構成に限定される訳ではない。
 LED41を個別に駆動させることで、特定の領域のみに照明光Eを照射するといったことが可能となる。またその照明光Eのパワーも個別に制御することが可能となる。また必要なタイミングで必要な領域のみを照射することで、消費電力を低減することが可能となる。
 例えば、本技術に係る照明装置600を、人感センサと組み合わせて使用する。これにより、例えば図41Aに示すように、人3の動きを検出し、進行方向を先読みして照明するといったことが可能となる。また図41Bに示すように、通常は暗めに調光しておき、人3等の動体の動きに応じて、エリアごとに照度を向上させるといったことが可能となる。
 また図41B内にて×印で表現しているように、必要ではない方向への照射を抑えるといったことも容易に可能となる。
 また撮影用の照明(カメラフラッシュ等)に、本技術に係る照明装置600を使用することも可能である。例えば、暗い領域のみ照度を挙げるような部分的な照明が可能となる。
 例えば図42Aに示すように、通常のカメラのフラッシュでは手前の人3は露出オーバーとなり後ろの人3は暗くて見えない状況等が発生したとする。このような場合に、図42Bに示すように、後ろ側の暗い領域を重点的に照明し、全体的な明るさを均一な状態に近づけるといったことも可能となる。これによりテーブルに着席している人3全員の顔を綺麗に撮影することが可能となる。
 その他、本技術を適用可能な分野やデバイスは限定されず、プロジェクタ以外の種々の画像表示装置や、医療、スポーツ、ゲーム、施設内の照明、イルミネーション等、種々の分野に、本技術が適用されてよい。
 各図面を参照して説明した画像表示装置、画像表示装置に含まれる各部材、光源装置(光源ユニット)、光線制御部材、照明装置等の各構成、複数の発光部の駆動制御等はあくまで一実施形態であり、本技術の趣旨を逸脱しない範囲で、任意に変形可能である。すなわち本技術を実施するための他の任意の構成やアルゴリズム等が採用されてよい。
 上記では、形状等を説明するために「略」という文言を適宜使用した。これはあくまで説明の理解を容易とするための使用であり、「略」という文言の使用/不使用に特別な意味があるわけではない。
 すなわち、本開示において、「中心」「中央」「均一」「等しい」「同じ」「直交」「平行」「対称」「延在」「軸方向」「円柱形状」「円筒形状」「リング形状」「円環形状」等の、形状、サイズ、位置関係、状態等を規定する概念は、「実質的に中心」「実質的に中央」「実質的に均一」「実質的に等しい」「実質的に同じ」「実質的に直交」「実質的に平行」「実質的に対称」「実質的に延在」「実質的に軸方向」「実質的に円柱形状」「実質的に円筒形状」「実質的にリング形状」「実質的に円環形状」等を含む概念とする。
 例えば「完全に中心」「完全に中央」「完全に均一」「完全に等しい」「完全に同じ」「完全に直交」「完全に平行」「完全に対称」「完全に延在」「完全に軸方向」「完全に円柱形状」「完全に円筒形状」「完全にリング形状」「完全に円環形状」等を基準とした所定の範囲(例えば±10%の範囲)に含まれる状態も含まれる。
 従って、「略」の文言が付加されていない場合でも、いわゆる「略」を付加して表現される概念が含まれ得る。反対に、「略」を付加して表現された状態について、完全な状態が排除される訳ではない。
 以上説明した本技術に係る特徴部分のうち、少なくとも2つの特徴部分を組み合わせることも可能である。すなわち各実施形態で説明した種々の特徴部分は、各実施形態の区別なく、任意に組み合わされてもよい。また上記で記載した種々の効果は、あくまで例示であって限定されるものではなく、また他の効果が発揮されてもよい。
 なお、本技術は以下のような構成も採ることができる。
(1)
 光軸に対する出射角度が異なる複数の光を含む発散光を出射する1以上の発光部と、
 前記1以上の発光部の各々の光軸上に配置され、
  前記発光部から出射された前記発散光が入射する入射面と、
  前記入射面に入射した前記発散光を前記光学部材の内部で反射する内部側面と、
  前記内部側面により反射された前記発散光を前記光軸の方向に出射する出射面と
 を有し、前記出射面から出射される前記出射角度が異なる前記複数の光の各々が、前記光軸の位置を基準とした前記出射角度に応じた照射範囲に照射されるように構成される1以上の光学部材と
 を具備し、
 前記1以上の光学部材の各々は、前記複数の光の各々の前記出射角度に応じた照射範囲の大きさが、所定の分布となるように構成される
 光源装置。
(2)(1)に記載の光源装置であって、
 前記複数の光の各々の前記出射角度に応じた照射範囲は、前記光軸の位置を中心として構成される
 光源装置。
(3)(1)又は(2)に記載の光源装置であって、
 前記1以上の光学部材の各々は、前記複数の光の各々の前記出射角度に応じた照射範囲の大きさの最大値と最小値との差が所定の閾値よりも大きく、前記出射角度に応じた照射範囲の大きさが前記最大値及び前記最小値の間で連続的に分布されるように構成される
 光源装置。
(4)(1)から(3)のうちいずれか1つに記載の光源装置であって、
 前記1以上の光学部材の各々は、前記複数の光の各々の前記出射角度に応じた照射範囲の前記光軸の位置からの最大距離の最大値と最小値との差が所定の閾値よりも大きく、前記出射角度に応じた照射範囲の前記光軸の位置からの最大距離が前記最大値及び前記最小値の間で連続的に分布されるように構成される
 光源装置。
(5)(1)から(4)のうちいずれか1つに記載の光源装置であって、
 前記1以上の光学部材の各々は、前記複数の光の各々の前記出射角度に応じた照射範囲が、互いに異なるように構成される
 を具備する光源装置。
(6)(1)から(5)のうちいずれか1つに記載の光源装置であって、
 前記1以上の光学部材の各々は、前記出射面から出射され前記光軸上に配置された被照射面に照射される前記発散光の照度が、前記被照射面上の前記光軸の位置で最大となり、前記光軸の位置から離れるにつれて連続的に低下するように構成される
 光源装置。
(7)(6)に記載の光源装置であって、
 前記1以上の光学部材の各々は、前記被照射面に照射される前記発散光の照度の、前記光軸の位置から離れるにつれて低下する割合が、所定の範囲に収まるように構成される
 光源装置。
(8)(1)から(7)のうちいずれか1つに記載の光源装置であって、
 前記1以上の光学部材の各々は、前記光軸を中心軸とする回転体の形状を有する
 光源装置。
(9)(1)から(8)のうちいずれか1つに記載の光源装置であって、
 前記1以上の光学部材の各々は、前記光軸を中心軸とする砲弾型の形状を有する
 光源装置。
(10)(1)から(9)のうちいずれか1つに記載の光源装置であって、
 前記入射面は、前記光軸の方向に沿って前記発光部側から見た場合に、前記光軸上の位置を頂点とする凹形状を有する
 光源装置。
(11)(10)に記載の光源装置であって、
 前記入射面は、前記頂点から前記発行部側の端部にかけて、前記光軸側に突出するレンズ面を有する
 光源装置。
(12)(1)から(11)のうちいずれか1つに記載の光源装置であって、
 前記出射面は、前記光軸の方向に沿って前記発散光が出射される側から見た場合に、前記光軸上の位置を中心とする凹形状を有する
 光源装置。
(13)(1)から(12)のうちいずれか1つに記載の光源装置であって、
 前記出射面は、前記中心から前記発散光が出射される側の端部にかけて、前記光軸に対して凹状となるレンズ面を有する
 光源装置。
(14)(1)から(13)のうちいずれか1つに記載の光源装置であって、
 前記内部側面は、前記光軸を囲むように構成され、前記光軸に対して凹状となる反射面を有する
 光源装置。
(15)(14)に記載の光源装置であって、
 前記内部側面は、前記入射面側から前記出射面側に向かうにつれて前記光軸に対する傾斜角度が連続的に変化するように構成される
 光源装置。
(16)(15)に記載の光源装置であって、
 前記内部側面は、前記光軸断面において、前記入射面から前記出射面に向かうにつれて前記光軸に対する傾斜角度の変化率が連続的に小さくなるように構成される
 光源装置。
(17)(1)から(16)のうちいずれか1つに記載の光源装置であって、
 前記1以上の発光部の各々は、前記発散光を出射する出射領域を有し、前記出射領域内の各点を出射点として、前記発散光を出射する
 光源装置。
(18)(1)から(17)のうちいずれか1つに記載の光源装置であって、
 前記1以上の発光部は、複数の発光部であり、
 前記1以上の光学部材は、複数の光学部材であり、
 前記光源装置は、さらに、前記複数の発光部の各々の駆動を、個別に制御可能な出射制御部を具備する
 光源装置。
(19)(18)に記載の光源装置であって、
 前記出射制御部は、ローカルディミング方式の制御を実行することが可能である
 光源装置。
(20)
(a)
 光軸に対する出射角度が異なる複数の光を含む発散光を出射する1以上の発光部と、
 前記1以上の発光部の各々の光軸上に配置され、
  前記発光部から出射された前記発散光が入射する入射面と、
  前記入射面に入射した前記発散光を前記光学部材の内部で反射する内部側面と、
  前記内部側面により反射された前記発散光を前記光軸の方向に出射する出射面と
 を有し、前記出射面から出射される前記出射角度が異なる前記複数の光の各々が、前記光軸の位置を基準とした前記出射角度に応じた照射範囲に照射されるように構成される1以上の光学部材と
 を有し、
 前記1以上の光学部材の各々は、前記複数の光の各々の前記出射角度に応じた照射範囲の大きさが、所定の分布となるように構成される
 光源装置と、
(b)前記光源装置からの光をもとに画像を生成する画像生成システムと、
(c)前記画像生成システムにより生成された画像を投射する投射システムと
 を具備する画像表示装置。
(21)(11)に記載の光源装置であって、
 前記1以上の光学部材の各々を前記光軸に沿って切断した断面を光軸断面として、
 前記入射面は、前記光軸断面において、前記入射面の頂点から前記発光部側の端部を結ぶ前記光軸側に突出する2本の曲線が、前記光軸を中心として対称に配置された形状を有する
 光源装置。
(22)(13)に記載の光源装置であって、
 前記1以上の光学部材の各々を前記光軸に沿って切断した断面を光軸断面として、
 前記出射面は、前記光軸断面において、前記出射面の中心から前記発散光が出射される側の端部を結ぶ前記光軸に対して凹状となる2本の曲線が、前記光軸を中心として対称に配置された形状を有する
 光源装置。
(23)(16)に記載の光源装置であって、
 前記1以上の光学部材の各々を前記光軸に沿って切断した断面を光軸断面として、
 前記内部側面は、前記光軸断面において、前記入射面側から前記出射面側に向かうにつれて前記光軸に対する傾斜角度が連続的に変化するように構成される
 光源装置。
 L1…光源ユニットの光軸
 L2…LEDの光軸
 10…画像生成システム
 20…投射システム
 25…コントローラ
 40…光源ユニット
 41…LED
 43…光線制御部材
 45…入射面
 46…内部側面
 47…出射面
 52…出射点
 62…光軸線
 70…LD
 71…拡散板(マイクロレンズアレイ)
 500…画像表示装置
 600…照明装置

Claims (20)

  1.  光軸に対する出射角度が異なる複数の光を含む発散光を出射する1以上の発光部と、
     前記1以上の発光部の各々の光軸上に配置され、
      前記発光部から出射された前記発散光が入射する入射面と、
      前記入射面に入射した前記発散光を前記光学部材の内部で反射する内部側面と、
      前記内部側面により反射された前記発散光を前記光軸の方向に出射する出射面と
     を有し、前記出射面から出射される前記出射角度が異なる前記複数の光の各々が、前記光軸の位置を基準とした前記出射角度に応じた照射範囲に照射されるように構成される1以上の光学部材と
     を具備し、
     前記1以上の光学部材の各々は、前記複数の光の各々の前記出射角度に応じた照射範囲の大きさが、所定の分布となるように構成される
     光源装置。
  2.  請求項1に記載の光源装置であって、
     前記複数の光の各々の前記出射角度に応じた照射範囲は、前記光軸の位置を中心として構成される
     光源装置。
  3.  請求項1に記載の光源装置であって、
     前記1以上の光学部材の各々は、前記複数の光の各々の前記出射角度に応じた照射範囲の大きさの最大値と最小値との差が所定の閾値よりも大きく、前記出射角度に応じた照射範囲の大きさが前記最大値及び前記最小値の間で連続的に分布されるように構成される
     光源装置。
  4.  請求項1に記載の光源装置であって、
     前記1以上の光学部材の各々は、前記複数の光の各々の前記出射角度に応じた照射範囲の前記光軸の位置からの最大距離の最大値と最小値との差が所定の閾値よりも大きく、前記出射角度に応じた照射範囲の前記光軸の位置からの最大距離が前記最大値及び前記最小値の間で連続的に分布されるように構成される
     光源装置。
  5.  請求項1に記載の光源装置であって、
     前記1以上の光学部材の各々は、前記複数の光の各々の前記出射角度に応じた照射範囲が、互いに異なるように構成される
     を具備する光源装置。
  6.  請求項1に記載の光源装置であって、
     前記1以上の光学部材の各々は、前記出射面から出射され前記光軸上に配置された被照射面に照射される前記発散光の照度が、前記被照射面上の前記光軸の位置で最大となり、前記光軸の位置から離れるにつれて連続的に低下するように構成される
     光源装置。
  7.  請求項6に記載の光源装置であって、
     前記1以上の光学部材の各々は、前記被照射面に照射される前記発散光の照度の、前記光軸の位置から離れるにつれて低下する割合が、所定の範囲に収まるように構成される
     光源装置。
  8.  請求項1に記載の光源装置であって、
     前記1以上の光学部材の各々は、前記光軸を中心軸とする回転体の形状を有する
     光源装置。
  9.  請求項1に記載の光源装置であって、
     前記1以上の光学部材の各々は、前記光軸を中心軸とする砲弾型の形状を有する
     光源装置。
  10.  請求項1に記載の光源装置であって、
     前記入射面は、前記光軸の方向に沿って前記発光部側から見た場合に、前記光軸上の位置を頂点とする凹形状を有する
     光源装置。
  11.  請求項10に記載の光源装置であって、
     前記入射面は、前記頂点から前記発行部側の端部にかけて、前記光軸側に突出するレンズ面を有する
     光源装置。
  12.  請求項1に記載の光源装置であって、
     前記出射面は、前記光軸の方向に沿って前記発散光が出射される側から見た場合に、前記光軸上の位置を中心とする凹形状を有する
     光源装置。
  13.  請求項12に記載の光源装置であって、
     前記出射面は、前記中心から前記発散光が出射される側の端部にかけて、前記光軸に対して凹状となるレンズ面を有する
     光源装置。
  14.  請求項1に記載の光源装置であって、
     前記内部側面は、前記光軸を囲むように構成され、前記光軸に対して凹状となる反射面を有する
     光源装置。
  15.  請求項14に記載の光源装置であって、
     前記内部側面は、前記入射面側から前記出射面側に向かうにつれて前記光軸に対する傾斜角度が連続的に変化するように構成される
     光源装置。
  16.  請求項15に記載の光源装置であって、
     前記内部側面は、前記光軸断面において、前記入射面から前記出射面に向かうにつれて前記光軸に対する傾斜角度の変化率が連続的に小さくなるように構成される
     光源装置。
  17.  請求項1に記載の光源装置であって、
     前記1以上の発光部の各々は、前記発散光を出射する出射領域を有し、前記出射領域内の各点を出射点として、前記発散光を出射する
     光源装置。
  18.  請求項1に記載の光源装置であって、
     前記1以上の発光部は、複数の発光部であり、
     前記1以上の光学部材は、複数の光学部材であり、
     前記光源装置は、さらに、前記複数の発光部の各々の駆動を、個別に制御可能な出射制御部を具備する
     光源装置。
  19.  請求項18に記載の光源装置であって、
     前記出射制御部は、ローカルディミング方式の制御を実行することが可能である
     光源装置。
  20. (a)
     光軸に対する出射角度が異なる複数の光を含む発散光を出射する1以上の発光部と、
     前記1以上の発光部の各々の光軸上に配置され、
      前記発光部から出射された前記発散光が入射する入射面と、
      前記入射面に入射した前記発散光を前記光学部材の内部で反射する内部側面と、
      前記内部側面により反射された前記発散光を前記光軸の方向に出射する出射面と
     を有し、前記出射面から出射される前記出射角度が異なる前記複数の光の各々が、前記光軸の位置を基準とした前記出射角度に応じた照射範囲に照射されるように構成される1以上の光学部材と
     を有し、
     前記1以上の光学部材の各々は、前記複数の光の各々の前記出射角度に応じた照射範囲の大きさが、所定の分布となるように構成される
     光源装置と、
    (b)前記光源装置からの光をもとに画像を生成する画像生成システムと、
    (c)前記画像生成システムにより生成された画像を投射する投射システムと
     を具備する画像表示装置。
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