(57)【要約】  光を高効率で合波する光源装置及び画像表示装置を提供する。  第１波長域の光を出射する第１光源部と、前記第１波長域の光が入射され、第１照明光を出射する第１照明光学系と、第２波長域の光を出射する第２光源部と、前記第２波長域の光が入射され、第２照明光を出射する第２照明光学系と、前記第１照明光と前記第２照明光とが入射される合波器とを備えており、前記合波器が、前記第１照明光の波長域と入射角度に基づいて、前記第１照明光をフィルタリングする特性と、前記第２照明光の波長域と入射角度に基づいて、前記第２照明光をフィルタリングする特性とを有し、前記合波器から出射される前記第１照明光の波長域と、前記合波器から出射される前記第２照明光の波長域とが近づく又は重なり合うように、前記第１照明光と前記第２照明光が前記合波器に入射される角度がそれぞれ調整されている、光源装置を提供する。
2020144983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１波長域の光を出射する第１光源部と、
前記第１波長域の光が入射され、第１照明光を出射する第１照明光学系と、
第２波長域の光を出射する第２光源部と、
前記第２波長域の光が入射され、第２照明光を出射する第２照明光学系と、
前記第１照明光と前記第２照明光とが入射される合波器とを備えており、
前記合波器が、前記第１照明光の波長域と入射角度に基づいて、前記第１照明光をフィルタリングする特性と、前記第２照明光の波長域と入射角度に基づいて、前記第２照明光をフィルタリングする特性とを有し、
前記合波器から出射される前記第１照明光の波長域と、前記合波器から出射される前記第２照明光の波長域とが近づく又は重なり合うように、前記第１照明光と前記第２照明光が前記合波器に入射される角度がそれぞれ調整されている、光源装置。
【請求項２】
前記合波器が有するフィルタリング特性は、特定の波長域の前記第１照明光及び前記第２照明光を反射し、その他の波長域の前記第１照明光及び前記第２照明光を透過する、請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記合波器は、ダイクロイックミラーである、請求項１に記載の光源装置。
【請求項４】
前記第１光源部及び／又は前記第２光源部は、一つ又は複数の波長域の光を出射する、請求項１に記載の光源装置。
【請求項５】
前記第１光源部及び／又は前記第２光源部はコヒーレント光を出射する、請求項１に記載の光源装置。
【請求項６】
前記コヒーレント光はレーザー光である、請求項５に記載の光源装置。
【請求項７】
前記第１照明光及び／又は前記第２照明光の位相を変調する一つ又は複数の位相変調部をさらに備える、請求項１に記載の光源装置。
【請求項８】
前記第１照明光学系及び／又は前記第２照明光学系はインテグレータ光学系を備える、請求項１に記載の光源装置。
【請求項９】
前記第１照明光学系及び／又は前記第２照明光学系はフライアイレンズを備える、請求項１に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記第１照明光学系及び／又は前記第２照明光学系はロッドインテグレータを備える、請求項１に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記合波器は、偏光ビームスプリッタである、請求項１に記載の光源装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の光源装置を備える画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、光源装置及び画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像表示装置は、色再現性のよい映像を表示するために、ｓＲＧＢ等の規格化された色域が表示できることが望ましい。規格化された色域を表示するためには、画像表示装置が備える光源装置が、赤色波長域、緑色波長域、及び青色波長域のそれぞれ狭い波長域の光を照射することが望ましい。しかし、このような狭い波長域の光はコヒーレンスが高いため、被照射物の表面でギラギラと輝く斑点が発生するスペックルノイズが生じてしまう。【０００３】
そこで、特許文献１のように、狭い波長域の光と、広い波長域の光を合波することにより、スペックルノイズを低減する技術が提案されている。【０００４】
特許文献１では、青色である第１波長域の光を出射する第１の光源と、赤色である第２波長域の光を出射する第２の光源と、蛍光体材料からなり、照射された前記第１波長域の光の一部を異なる波長域の蛍光発光光に変換して出射する波長変換部と、前記第２波長域に対応する特定波長域に対する波長選択性を有し、かつ、前記蛍光発光光のうち前記第２の光源が発光する波長に対応する第２波長域の一部をフィルタリングする特性を有し、入射する前記第１の光源からの前記第１波長域の光、前記第２の光源からの前記第２波長域の光、およびフィルタリングされた前記蛍光発光光を合波するダイクロイックミラーである合波器と、を備え、前記第２の光源からの前記第２波長域の光は、フィルタリングされた前記蛍光発光光を、フィルタリングされた波長帯域において補強する、光源装置が開示されている。この特許文献１では、個別の発光スペクトルを持つ蛍光体を混ぜ合わせて使用することにより、高効率で色再現性のよい光源装置について説明されている。【０００５】
特許文献２では、複数の発光素子が直線状に配列された第１の光源と、前記第１の光源とは形態の異なる第２の光源と、前記第１の光源からの出射光を前記複数の発光素子の配列方向と直交する方向に走査する走査手段と、映像信号に応じて前記第１の光源および第２の光源からの出射光を変調する空間光変調素子と、前記空間光変調素子から出射された変調光をスクリーンに投射する投射光学系と、を備えていることを特徴とする投射型画像表示装置が開示されている。この特許文献２では、ランプ等の第１の光源より出射される照明光を効率良く利用した上で、高い色再現性により明るい画像を表示するために、レーザーなどの第２の光源を併用することにより、演色性が高く、小型で高効率な照明装置を用いた投射型画像表示装置について説明されている。【０００６】
そして、特許文献１や特許文献２では、合波器としてダイクロイックミラーが利用されている。このダイクロイックミラーは、所定の波長域の光のみを出射する機能を有する。なお、合波器として、ダイクロイックミラーに加え、バンドパスフィルタ及びノッチフィルタ等も利用される場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−１８６１１５号公報
【特許文献２】特開２０１０−０５４７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記合波器は、合波器に入射される光の入射角が大きくなると、出射する光の波長域が短波長側にずれる、いわゆる「ブルーシフト」が生じるという薄膜光学特性を有する。そのため、短波長側にずれた光が出射できるように、合波器は、出射する光の波長域が広く設計されている必要がある。【０００９】
広い波長域の光と、狭い波長域の光を合波器が合波し、少なくともいずれか一方の光の入射角が大きい場合、合波器は、出射する光の波長域が広く設計されている必要がある。しかしながら、出射する光の波長域が広く設計されている合波器が光を合波する場合、狭い波長域の光と、広い波長域の光とのクロストークにより、広い波長域の光が削減される。その結果、光の利用効率が低下するという問題点が生じている。【００１０】
そこで、本技術は、光を高効率で合波する光源装置及び画像表示装置を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本技術は、第１波長域の光を出射する第１光源部と、前記第１波長域の光が入射され、第１照明光を出射する第１照明光学系と、第２波長域の光を出射する第２光源部と、前記第２波長域の光が入射され、第２照明光を出射する第２照明光学系と、前記第１照明光と前記第２照明光とが入射される合波器とを備えており、前記合波器が、前記第１照明光の波長域と入射角度に基づいて、前記第１照明光をフィルタリングする特性と、前記第２照明光の波長域と入射角度に基づいて、前記第２照明光をフィルタリングする特性とを有し、前記合波器から出射される前記第１照明光の波長域と、前記合波器から出射される前記第２照明光の波長域とが近づく又は重なり合うように、前記第１照明光と前記第２照明光が前記合波器に入射される角度がそれぞれ調整されている、光源装置を提供する。
前記合波器が有するフィルタリング特性は、特定の波長域の前記第１照明光及び前記第２照明光を反射し、その他の波長域の前記第１照明光及び前記第２照明光を透過することができる。
前記合波器は、ダイクロイックミラーであってもよい。
前記第１光源部及び／又は前記第２光源部は、一つ又は複数の波長域の光を出射することができる。
前記第１光源部及び／又は前記第２光源部はコヒーレント光を出射することができる。
前記コヒーレント光はレーザー光であってもよい。
前記第１照明光及び／又は前記第２照明光が入射され、前記第１照明光及び／又は前記第２照明光の位相を変調し、前記第１照明光及び／又は前記第２照明光を出射する一つ又は複数の位相変調部をさらに備えることができる。
前記第１照明光学系及び／又は前記第２照明光学系はインテグレータ光学系を備えることができる。
前記第１照明光学系及び／又は前記第２照明光学系はフライアイレンズを備えることができる。
前記第１照明光学系及び／又は前記第２照明光学系はロッドインテグレータを備えることができる。
前記合波器は、偏光ビームスプリッタであってもよい。
さらに、本技術は、前記光源装置を備える画像表示装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本技術に係る光源装置の全体構成図である。
【図２】本技術に係る合波器の透過率特性である。
【図３】本技術に係る合波器の透過率特性を説明するための参考図である。
【図４】本技術に係る固体光源の構成図である。
【図５】本技術に係る画像表示装置の全体構成図である。
【図６】本技術に係る合波器が照明光を反射及び透過する様子である。
【図７】本技術に係る照明光の角度分布である。
【図８】本技術に係る照明光の角度分布である。
【図９】本技術に係る画像表示装置の全体構成図である。
【図１０】本技術に係る合波器が照明光を反射及び透過する様子である。
【図１１】本技術に係る照明光の角度分布である。
【図１２】本技術に係る合波器の透過率特性である。
【図１３】本技術に係る合波器の透過率特性である。
【図１４】本技術に係る照明光の角度分布である。
【図１５】本技術に係る画像表示装置の全体構成図である。
【図１６】本技術に係る画像表示装置の全体構成図である。
【図１７】本技術に係る照明光の波長と位相差との関連図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本技術を実施するための好適な形態について、添付した図面を参照しつつ説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態を示したものであり、本技術の範囲がこれらの実施形態に限定されることはない。なお、本技術の説明は以下の順序で行う。
１．本技術に係る第１の実施形態（光源装置）
２．本技術に係る第２の実施形態（画像表示装置）
３．本技術に係る第３の実施形態（位相変調部）
４．本技術に係る第４の実施形態（ギャップ）
５．本技術に係る第５の実施形態（複数の単色光源）
６．本技術に係る第６の実施形態（ロッドインテグレータ）
７．本技術に係る第７の実施形態（偏光）
【００１４】
１．本技術に係る第１の実施形態（光源装置）
【００１５】
本技術に係る光源装置の全体構成図を図１に示す。本技術に係る光源装置１００は、第１波長域の光１ａを出射する第１光源部１２０ａと、第１波長域の光１ａが入射され、第１照明光２ａを出射する第１照明光学系１３０ａと、第２波長域の光１ｂを出射する第２光源部１２０ｂと、第２波長域の光１ｂが入射され、第２照明光２ｂを出射する第２照明光学系１３０ｂと、第１照明光２ａと第２照明光２ｂとが入射される合波器１１０とを備えている。
【００１６】
＜合波器＞
合波器１１０は、第１照明光２ａの波長域と入射角度に基づいて、第１照明光２ａをフィルタリングする特性を有している。さらに、合波器１１０は、第２照明光２ｂの波長域と入射角度に基づいて、第２照明光２ｂをフィルタリングする特性を有している。
【００１７】
さらに、本技術に係る光源装置１００は、合波器１１０から出射される第１照明光２ａの波長域と、合波器１１０から出射される第２照明光２ｂの波長域とが近づく又は重なり合うように、第１照明光２ａと第２照明光２ｂが合波器１１０に入射される角度がそれぞれ調整されている。
【００１８】
合波器１１０が有するフィルタリング特性は、特定の波長域の照明光を反射し、その他の波長域の照明光を透過するものである。図１に示す実施形態においては、合波器１１０は、特定の波長域の第１照明光２ａを反射し、特定の波長域の第２照明光２ｂを透過することにより、第１照明光２ａと第２照明光２ｂを合波し、出射口１７０に出射する。
【００１９】
合波器１１０として、ダイクロイックミラーを利用することが望ましい。ダイクロイックミラーは、特定の波長域の照明光を反射し、その他の波長域の照明光を透過する特性を有する。あるいは、合波器１１０として、バンドパスフィルタやノッチフィルタ等のフィルタも利用できる。
【００２０】
光源装置１００は、複数の合波器１１０を備えることができる。複数の合波器１１０がそれぞれ合波した照明光を、さらに合波器１１０が合波してもよい。
【００２１】
本技術に係る合波器１１０の透過率特性を図２に示す。図２において、横軸は光の波長であり、右に行くほど波長が長いことを示す。縦軸は合波器１１０の光の透過率であり、上に行くほど透過率が高いことを示す。合波器１１０は、透過率が高い波長域の光を透過し、透過率が低い波長域の光を反射する特性を有する。
【００２２】
図２に示すように、合波器１１０への光の入射角に応じて、合波器１１０の光の透過率が変化している。光の入射角が２５ｄｅｇの透過率特性３ｂ、光の入射角が３５ｄｅｇの透過率特性３ｃ、光の入射角が４５ｄｅｇの透過率特性３ｅ、光の入射角が５５ｄｅｇの透過率特性３ｇが示されている。
【００２３】
狭い波長域の第１照明光２ａは、波長域が略５３０ｎｍであり、入射角が３０ｄｅｇ±５ｄｅｇである。広い波長域の第２照明光２ｂは、波長域が略５００〜５８０ｎｍであり、入射角が４５ｄｅｇ±１０ｄｅｇである。なお、第１照明光２ａの波長域は略５３０ｎｍに限られないし、第２照明光２ｂの波長域は略５００〜５８０ｎｍに限られない。また、第１照明光２ａの入射角は３０ｄｅｇ±５ｄｅｇに限られないし、第２照明光２ｂの入射角は４５ｄｅｇ±１０ｄｅｇに限られない。以下の実施形態においても同様である。
【００２４】
この場合、第１照明光２ａを反射する合波器１１０の透過率特性は、光の入射角が２５ｄｅｇの透過率特性３ｂである。合波器１１０から出射される第１照明光２ａの波長域と、合波器１１０から出射される第２照明光２ｂの波長域とが重なり合っている。重なり合っていない波長の光（ハッチング部分）が少ないため、クロストークによる第２照明光２ｂの削減が抑制される。
【００２５】
さらに、合波器１１０から出射される第１照明光２ａの波長域と、合波器１１０から出射される第２照明光２ｂの波長域とが重なり合っているため、被照射物の表面に発生するスペックルノイズが低減する。
【００２６】
一方、光の入射角が調整されていない合波器１１０の透過率特性を図３に示す。図３において、光の入射角が３５ｄｅｇの透過率特性３ｃ、光の入射角が４０ｄｅｇの透過率特性３ｄ、光の入射角が４５ｄｅｇの透過率特性３ｅ、光の入射角が５０ｄｅｇの透過率特性３ｆ、光の入射角が５５ｄｅｇの透過率特性３ｇが示されている。
【００２７】
狭い波長域の第１照明光２ａは、波長域が略５３０ｎｍであり、入射角が４５ｄｅｇ±５ｄｅｇである。広い波長域の第２照明光２ｂは、波長域が略５００〜５８０ｎｍであり、入射角が４５ｄｅｇ±１０ｄｅｇである。
【００２８】
この場合、第２照明光２ｂの大部分（ハッチング部分）が第１照明光２ａと重なり合っていない。このハッチング部分の光は、クロストークにより削減されてしまう。その結果、光の利用効率が大幅に低下する。
【００２９】
本技術は、照明光（２ａ、２ｂ）が合波器１１０に入射する角度の調整により、照明光（２ａ、２ｂ）を高効率で合波するという効果を実現している。そのため、本技術は、従来技術よりも簡易な構成で光の合波が可能である。その結果、本技術は、照明光学系（１３０ａ、１３０ｂ）の自由度の高さや、光源装置１００の小型化にも寄与することができる。
【００３０】
また、１つの合波器１１０が複数の照明光（２ａ、２ｂ）を合波する場合、合波器１１０の薄膜光学特性による、いわゆるブルーシフトを抑制するために、膜総数を増やして合波器１１０を設計する必要がある。そのため、薄膜設計が複雑になり、合波器１１０の製造性が著しく低下してしまう。さらに、膜総数が増加するほど照明光（２ａ、２ｂ）の散乱が発生するため、照明光（２ａ、２ｂ）の利用効率が低下してしまう。
【００３１】
一方、本技術に係る合波器１１０は、膜総数を増やす必要がないため、合波器１１０の製造性が向上する。さらに、膜総数の削減により照明光（２ａ、２ｂ）の散乱が抑制され、結果として照明光（２ａ、２ｂ）の利用効率が向上する。
【００３２】
＜光源部＞
図１の説明に戻る。第１光源部１２０ａ及び／又は第２光源部１２０ｂは、一つ又は複数の波長域の光（１ａ、１ｂ）を出射する。例えば第１光源部１２０ａは、緑色光のほかに、青色光、赤色光、あるいは白色光等も出射できる。
【００３３】
第１光源部１２０ａ及び／又は第２光源部１２０ｂは、固体光源（図示せず）を含むことができる。固体光源の一例をあげれば、半導体レーザーや半導体ダイオード等がある。
【００３４】
固体光源は、コヒーレント光を出射することが望ましい。さらには、固体光源は、レーザー光であることが望ましい。コヒーレント光、さらにはレーザー光源を利用することにより、光源装置１００は、色再現性を高めることができる。
【００３５】
固体光源は、単体でもよいし、アレイ化されてもよいし、スタック化されてもよい。
【００３６】
固体光源の一実施形態の構成図を図４に示す。図４に示すように、固体光源１２１は、励起光源１２２と波長変換材料１２５とを備えることができる。
【００３７】
励起光源１２２は、複数の光源（１２３ａ〜１２３ｄ）がアレイ状に配列されたアレイ光源１２３と、アレイ光源１２３から出射された光６ａを集めて、光６ｂを出射する励起光学系１２４とを有することができる。励起光源１２２は、例えば半導体レーザーや放電ランプ等を含んでもよい。また、励起光源１２２が出射する光６ｂの波長域と、波長変換材料１２５が出射する光６ｃの波長域は、異なってもよい。
【００３８】
なお、図４には、アレイ光源１２３が有する光源（１２３ａ〜１２３ｄ）の数は４つであるが、４つに限られないことはいうまでもない。また、当該光源（１２３ａ〜１２３ｄ）は、図４のようにアレイ化されてもよいし、単一の光源でもよい。あるいは、当該光源（１２３ａ〜１２３ｄ）は、スタック化されてもよい。
【００３９】
波長変換材料１２５は、狭帯域の波長を変換できる。波長変換材料１２５の一例をあげれば、量子ドット（ＱＤ）等がある。例えばアレイ光源１２３が量子ドットにレーザー光を出射すると、量子ドットのナノ結晶が微細なレーザーの役割を果たし、高効率で波長が変換できる。
【００４０】
また、図１に示す実施形態において広い波長域の光１ｂを出射する第２光源部１２０ｂは、図４において、波長変換材料１２５として蛍光体材料を利用してもよい。
【００４１】
＜照明光学系＞
図１の説明に戻る。第１照明光学系１３０ａは、第１光源部１２０ａから出射された第１波長域の光１ａを、合波器１１０へ導く。第２照明光学系１３０ｂは、第２光源部１２０ｂから出射された第２波長域の光１ｂを、合波器１１０へ導く。第１照明光学系１３０ａ及び／又は第２照明光学系１３０ｂは、光路の分岐等により、２本以上の光路を形成することができる。
【００４２】
第１照明光学系１３０ａ及び／又は第２照明光学系１３０ｂは、インテグレータ光学系を備えることができる。第１照明光学系１３０ａ及び／又は第２照明光学系１３０ｂは、少なくとも１枚以上のレンズ（１３４ａ、１３４ｂ等）を備えることができる。さらには、第１照明光学系１３０ａが備えるレンズと、第２照明光学系１３０ｂが備えるレンズとが組み合わされてもよい。
【００４３】
さらには、第１照明光学系１３０ａ及び／又は第２照明光学系１３０ｂは、フライアイレンズを備えることができる。前記インテグレータ光学系は、例えばフライアイレンズを備えうる。図１に示す実施形態においては、第２照明光学系１３０ｂは、第１フライアイレンズ１３１ａと、第２フライアイレンズ１３１ｂとを備えている。フライアイレンズ（１３１ａ、１３１ｂ）を備えることにより、光源装置１００は、照射面をむらのない均一な照度分布にすることができる。
【００４４】
さらには、第１照明光学系１３０ａ及び／又は第２照明光学系１３０ｂは、偏光変換素子１３５を備えることができる。
【００４５】
第１照明光学系１３０ａ及び／又は第２照明光学系１３０ｂは、色分離器（図示せず）をさらに備えることができる。色分離器は、光の色をフィルタリングする特性を有する。色分離器が有するフィルタリング特性は、例えば、特定の波長域の照明光を反射し、その他の波長域の照明光を透過するものとすることができる。色分離器は、例えば光源部から出射された白色光を、赤色、緑色、又は青色の光に分離する。ダイクロイックミラーは色分離器の一例である。あるいは、バンドパスフィルタやノッチフィルタ等のフィルタを色分離器に利用してもよい。
【００４６】
なお、本実施形態においては、第１照明光２ａを狭い波長域の光とし、第２照明光２ｂを広い波長域の光とした。その一方で、第２照明光２ｂを狭い波長域の光とし、第１照明光２ａを広い波長域の光とした実施形態であってもよい。
【００４７】
２．本技術に係る第２の実施形態（画像表示装置）
【００４８】
本技術に係る光源装置１００は、プロジェクター等の画像表示装置に備えられてもよい。本技術に係る画像表示装置の一実施形態の全体構成図を図５に示す。
【００４９】
図５に示すように、画像表示装置２００は、少なくとも、光源装置１００と、空間光変調部２１０と、投射レンズ２２０と、制御部１６０とを備えることができる。
【００５０】
＜空間光変調部＞
空間光変調部２１０は、映像信号７に応じて照明光（２ａ、２ｂ）を変調する。例えば、空間光変調部２１０は、空間光変調部２１０を透過する照明光（２ａ、２ｂ）の光量を調整することができる。画像表示装置２００は、複数の空間光変調部２１０を備えることができる。
【００５１】
空間光変調部２１０は、パネルを有することができる。空間光変調部２１０が有するパネルには、例えば液晶素子を利用することができる。液晶素子を利用することにより、空間光変調部２１０は、容易に画素のパターンを変化させることができる。なお、当該パネルは、透過型でもよいし、反射型でもよい。
【００５２】
あるいは、空間光変調部２１０は、例えばＭＥＭＳミラーを利用してもよい。ＭＥＭＳミラーは、液晶素子に比べて高速にミラーのパターンを変化させることができる。ＭＥＭＳミラーを空間光変調部２１０に利用する例として、例えばＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等がある。
【００５３】
空間光変調部２１０がＭＥＭＳミラーである場合、空間光変調部２１０は、合波器１１０の薄膜光学特性を考慮でき、Ｐ偏光又はＳ偏光のいずれが合波器１１０に入射しても合波が可能となる。例えば、波長域の一部又は全てが重なり合ったＰ偏光とＳ偏光がそれぞれ合波器１１０に入射した場合であっても、偏光分離素子等が光の偏光を変化させることにより、合波器１１０は、波長域の一部又は全てが重なり合った光を合波できる。波長域が完全に重なり合うことで、光源装置１００は、スペックルノイズをさらに低減できる。
【００５４】
＜投射レンズ＞
投射レンズ２２０は、合波器１１０が合波した照明光を、投影光５としてスクリーン３００に投影する。
【００５５】
投射レンズ２２０に入射される照明光は、合波器１１０が反射又は透過した第１照明光２ａと、合波器１１０が反射又は透過した第２照明光２ｂとが合波されたものである。第１照明光２ａと第２照明光２ｂが合波される様子の一例を図６に示す。
【００５６】
図６に示すように、合波器１１０は、広い波長域の第２照明光２ｂを透過し、狭い波長域の第１照明光２ａを反射している。このとき、投射レンズ２２０に入射される照明光の角度成分は、第２照明光２ｂの角度成分に、第１照明光２ａの角度成分を加えたものとなる。
【００５７】
投射レンズ２２０に入射される第１照明光２ａと第２照明光２ｂの角度分布の一例を図７に示す。図７において、横軸は照明光がｘｚ平面へ入射する角度を示す。ｘｚ平面とは、図１において第２照明光２ｂの光路が床面と略並行であるとしたときに、第２照明光２ｂの光路及び床面と略並行な平面である。一方、図７において、縦軸は照明光がｙｚ平面へ入射する角度を示す。ｙｚ平面とは、図１において第２照明光２ｂの光路が床面と略並行であるとしたときに、第２照明光２ｂの光路と略並行であり、床面と略垂直な平面である。
【００５８】
図７に示すように、第２照明光２ｂの角度分布の外側に、第１照明光２ａの角度分布が配置される。そのため、投射レンズ２２０の設計においては、第２照明光２ｂのみならず第１照明光２ａも透過できるように、投射レンズ２２０が設計されることが望ましい。投射レンズ２２０のＦ値を変更するには大きな設計変更が必要であるが、一部の角度成分の光をさらに透過するように設計を変更することは容易である。なお、Ｆ値とは、投射レンズ２２０の焦点距離を口径で割った値である。Ｆ値が小さいほど、投射レンズ２２０はより入射角の大きい光を取り入れることができる。
【００５９】
投射レンズ２２０に入射される第１照明光２ａと第２照明光２ｂの角度分布のもう一つの例を図８に示す。図８に示すように、第１照明光２ａは様々な角度で投射レンズ２２０に入射している。投射レンズ２２０は、図８に示すように、様々な角度分布の光を取り入れることができるように設計されることが望ましい。
【００６０】
＜制御部＞
図５の説明に戻る。制御部１６０は、映像信号７に応じて、上述した構成要素の動作を制御できる。例えば、制御部１６０は、第２光源部１２０ｂが出射する照明光の光量を調整したり、空間光変調部２１０が有するパネルの書き換えパターンを変更したりすることができる。
【００６１】
３．本技術に係る第３の実施形態（位相変調部）
【００６２】
光源装置１００が備える第１照明光学系１３０ａ及び／又は第２照明光学系１３０ｂは、第１照明光２ａ及び／又は第２照明光２ｂの位相を変調する一つ又は複数の位相変調部をさらに備えることができる。
【００６３】
本技術に係る画像表示装置２００の一実施形態の全体構成図を図９に示す。図９に示すように、第１照明光学系１３０ａは、第１光源用位相変調部１３３ａを備えている。第１光源用位相変調部１３３ａは、少なくとも２π以上の位相変調が可能である。
【００６４】
第１光源用位相変調部１３３ａは、パネルを有することができる。第１光源用位相変調部１３３ａが有するパネルには、例えば液晶素子を利用することができる。液晶素子を利用することにより、第１光源用位相変調部１３３ａは、容易に画素のパターンを変化させることができる。なお、当該パネルは、透過型でもよいし、反射型でもよい。
【００６５】
あるいは、第１光源用位相変調部１３３ａは、例えばＭＥＭＳミラーを利用してもよい。ＭＥＭＳミラーは、液晶素子に比べて高速にミラーのパターンを変化させることができる。ＭＥＭＳミラーを第１光源用位相変調部１３３ａに利用する例として、例えばＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等がある。
【００６６】
第１光源用位相変調部１３３ａが第１照明光２ａの位相を変調することにより、映像信号７に対応した第１照明光２ａを生成することができ、映像中の暗い部分の光を明るい部分に集めることができるため、当該光源装置１００は、第１照明光２ａのピーク輝度を高めることができる。その結果、当該光源装置１００を備えた画像表示装置２００は、より幅広いダイナミックレンジ（ハイダイナミックレンジ）の画像を表示できる。
【００６７】
このとき、合波器１１０が出射する照明光（２ａ、２ｂ）の角度成分は、第２照明光２ｂの角度成分に、第１照明光２ａの角度成分を加えたものとなる。第２照明光２ｂの角度分布の外側に、第１照明光２ａの角度分布が配置される。一般的に、投射レンズの外側から投射される画像は、解像度が劣化する傾向にある。しかしながら、本技術では、位相変調部が輝度ピークを高めるため、投射レンズ２２０の外側の画像の輝度が極端に高くなる。その結果、レンズフレアが発生し、解像感が弱まることになる。つまり、位相変調は、色域拡大のための波長の変調よりも親和性が高いといえる。
【００６８】
また、従来技術では、標準ダイナミックレンジである広い波長域の光を削ることにより、光の合波を実現している。一方、本技術では、広い波長域の光を高効率で合波できる。さらには、合波する光の波長域が重なり合っているため、スペックルノイズの低減効果の向上が期待できる。
【００６９】
ところで、光源装置１００は、位相変調部を備える照明光学系を複数備えてもよい。位相変調された複数の照明光が合波器１１０に入射される様子を図１０に示す。
【００７０】
図１０に示すように、第１照明光学系１３０ａは、少なくとも第１光源用位相変調部１３３ａと、レンズ（１３４ｃ、１３４ｄ）とを備えている。第３照明光学系１３０ｃは、少なくとも第３光源用位相変調部１３３ｃと、レンズ（１３４ｆ、１３４ｇ）とを備えている。
【００７１】
第１光源部１２０ａから第１照明光学系１３０ａへ、狭い波長域の光１ａが出射される。第１照明光学系１３０ａは、第１光源用位相変調部１３３ａを備えていることにより、第１光源部１２０ａから出射された光１ａの位相を変調して、第１照明光２ａを出射する。
【００７２】
同様に、第３光源部１２０ｃから第３照明光学系１３０ｃへ、狭い波長域の光１ｃが出射される。第３照明光学系１３０ｃは、第３光源用位相変調部１３３ｃを備えていることにより、第３光源部１２０ｃから出射された光１ｃの位相を変調して、第３照明光２ｃを出射する。
【００７３】
合波器１１０は、狭い波長域の第１照明光２ａ及び第３照明光２ｃと、広い波長域の第２照明光２ｂとを合波する。
【００７４】
なお、画像表示装置２００が備える構成のうち、その他の構成の機能については、第２の実施形態と同様であるため、詳細な説明は割愛する。
【００７５】
４．本技術に係る第４の実施形態（ギャップ）
【００７６】
図５に示した本技術に係る光源装置１００は、第１照明光２ａが合波器１１０に入射する角度と、第２照明光２ｂが合波器１１０に入射する角度との間に、ギャップ（間隔）が設けられてもよい。ギャップが設けられることにより、光源装置１００は、合波器１１０から出射される第１照明光２ａの波長域と、合波器１１０から出射される第２照明光２ｂの波長域を、完全に重ね合わせることができる。このことにより、光源装置１００は、クロストークをさらに削減できる。これに加えて、スペックルノイズがさらに低減できる。
【００７７】
合波器１１０から出射される第１照明光２ａと第２照明光２ｂの角度分布の一例を図１１に示す。図１１において、横軸は照明光がｘｚ平面へ入射する角度を示し、縦軸は照明光がｙｚ平面へ入射する角度を示す。図１１に示すように、第１照明光２ａの角度分布と、第２照明光２ｂの角度分布の間に、ギャップが設けられている。
【００７８】
このときの合波器１１０の透過率特性を図１２に示す。図１２において、光の入射角が１５ｄｅｇの透過率特性３ａ、光の入射角が２５ｄｅｇの透過率特性３ｂ、光の入射角が３５ｄｅｇの透過率特性３ｃ、光の入射角が４５ｄｅｇの透過率特性３ｅ、光の入射角が５５ｄｅｇの透過率特性３ｇが示されている。
【００７９】
狭い波長域の第１照明光２ａは、波長が略５３０ｎｍであり、入射角が２０ｄｅｇ±５ｄｅｇである。広い波長域の第２照明光２ｂは、波長が略５００〜５８０ｎｍであり、入射角が４５ｄｅｇ±１０ｄｅｇである。
【００８０】
なお、第３の実施形態で示した位相変調部は、本実施形態にも利用できる。したがって、第１照明光２ａ又は第２照明光２ｂの少なくともいずれか一方は、ピーク輝度を高めた、ハイダイナミックレンジの照明光であってもよい。
【００８１】
５．本技術に係る第５の実施形態（複数の単色光源）
【００８２】
本技術に係る光源装置１００は、少なくとも３つ以上の光源部を備えることができる。さらには、光源装置１００は、それぞれ異なる狭い波長域の光を出射する光源部を、少なくとも２つ以上、さらには３つ以上備えることができる。さらには、少なくとも１つの光源部は、位相変調部等を備えることにより、ピーク輝度を高めた、ハイダイナミックレンジの照明光を出射してもよい。
【００８３】
それぞれ異なる狭い波長域の波長の光を出射する複数の光源部を備えることにより、光源装置１００が表示できる色域が増加する。その結果、光源装置１００の色表現が向上する。
【００８４】
それぞれ異なる狭い波長域の光を合波する合波器１１０の透過率特性の一例を図１３に示す。図１３において、光の入射角が２５ｄｅｇの透過率特性３ｂ、光の入射角が３５ｄｅｇの透過率特性３ｃ、光の入射角が５５ｄｅｇの透過率特性３ｇ、光の入射角が６５ｄｅｇの透過率特性３ｈが示されている。
【００８５】
狭い波長域の第１照明光２ａは、波長が略５３０ｎｍであり、入射角が３０ｄｅｇ±５ｄｅｇである。広い波長域の第２照明光２ｂは、波長が略５００〜５８０ｎｍであり、入射角が４５ｄｅｇ±１０ｄｅｇである。狭い波長域でありハイダイナミックレンジの第３照明光２ｃは、波長が略４６５ｎｍであり、入射角が６０ｄｅｇ±５ｄｅｇである。狭い波長域であり標準ダイナミックレンジの第４照明光２ｄは、波長が略４５５ｎｍであり、入射角が４５ｄｅｇ±１０ｄｅｇである。第２照明光２ｂと第４照明光２ｄは同じ角度で合波器１１０に入射する。
【００８６】
この場合、第１照明光２ａを反射させる合波器１１０の透過率特性は、光の入射角が２５ｄｅｇの透過率特性３ｂである。第３照明光２ｃを反射させる合波器１１０の透過率特性は、光の入射角が６５ｄｅｇの透過率特性３ｈである。
【００８７】
このとき、第３照明光２ｃの波長域と第４照明光２ｄの波長域は重なり合っておらず、クロストークが発生していない。また、第２照明光２ｂの波長域と、第３照明光２ｃの波長域は全く異なるため、クロストークが発生していない。
【００８８】
合波器１１０から出射される第３照明光２ｃの波長域と、合波器１１０から出射される第４照明光２ｄの波長域とが近づくように、第３照明光２ｃと第４照明光２ｄが合波器１１０に入射される角度がそれぞれ調整されている。
【００８９】
合波器１１０が出射する第１照明光２ａ、第２照明光２ｂ、及び第３照明光２ｃの角度分布の一例を図１４に示す。図１４において、横軸は照明光がｘｚ平面へ入射する角度を示し、縦軸は照明光がｙｚ平面へ入射する角度を示す。第２照明光２ｂの角度分布の外側に、第１照明光２ａ及び第３照明光２ｃの角度分布が配置されている。
【００９０】
６．本技術に係る第６の実施形態（ロッドインテグレータ）
【００９１】
第１照明光学系１３０ａ及び／又は第２照明光学系１３０ｂは、ロッドインテグレータを備えることができる。
【００９２】
本技術に係る画像表示装置２００の一実施形態の全体構成図を図１５に示す。例えば、空間光変調部２１０がＭＥＭＳミラーである場合、第２照明光学系１３０ｂは、ロッドインテグレータ１３２及びレンズ（１３４ａ、１３４ｂ、１３４ｅ）を備えることができる。
【００９３】
ロッドインテグレータ１３２の内部で、第２照明光２ｂを何度も反射させることにより、第２照明光学系１３０ｂは、照射面をむらのない均一な照度分布にすることができる。
【００９４】
なお、第３の実施形態で示した位相変調部は、本実施形態にも利用できる。したがって、第１照明光２ａ又は第２照明光２ｂの少なくともいずれか一方は、ピーク輝度を高めた、ハイダイナミックレンジの照明光であってもよい。
【００９５】
なお、画像表示装置２００が備える構成のうち、その他の構成の機能については、第２の実施形態と同様であるため、詳細な説明は割愛する。
【００９６】
７．本技術に係る第７の実施形態（偏光）
【００９７】
合波器は、偏光ビームスプリッタを利用することができる。偏光ビームスプリッタを利用する場合、光源部が出射する光はＳ偏光又はＰ偏光となる。
【００９８】
本技術に係る画像表示装置２００の一実施形態の全体構成図を図１６に示す。図１６に示すように、合波器１１０として偏光ビームスプリッタ１４０を利用している。なお、当該実施形態においては、第１光源部１２０ａが出射する光１ａをＳ偏光、第２光源部１２０ｂが出射する光１ｂをＰ偏光とする。
【００９９】
ここで、空間光変調部２１０が液晶を用いたパネルである場合、第１光源部１２０ａが出射する光と、第２光源部１２０ｂが出射する光は、同じ偏光となる必要がある。そのためには、第１光源部１２０ａが出射する光１ａと、第２光源部１２０ｂが出射する光１ｂのいずれか一方の光の偏光を変化させる必要がある。
【０１００】
例えば波長選択性位相差板１５０を利用することにより、光源装置１００は、光の偏光を変化させることができる。図１６に示すように、光源装置１００は、空間光変調部２１０と、投射レンズ２２０との間に波長選択性位相差板１５０を備えている。
【０１０１】
波長選択性位相差板１５０を介して空間光変調部２１０に入射された照明光（２ａ、２ｂ）の波長と位相差との関連性を図１７に示す。図１７において、横軸は光の波長であり、右に行くほど波長が長いことを示す。第１光源部１２０ａが出射した第１照明光２ａの波長は略５３０ｎｍである。第２光源部１２０ｂが出射した第２照明光２ｂの波長は略５００〜５８０ｎｍである。
【０１０２】
縦軸は、第１照明光２ａと、第２照明光２ｂとの位相差を示す。照明光（２ａ、２ｂ）の波長が略５３０ｎｍである場合は、位相差４が０である。略５３０ｎｍより波長が長くなるほど、位相差４が発生するようになり、波長が略５５０ｎｍである場合は、位相差４がπ、つまりλ／２となる。
【０１０３】
光源装置１００において、このような特性を有する波長選択性位相差板１５０が、第１照明光２ａと、第２照明光２ｂのそれぞれに対して４５ｄｅｇ傾くように配置される。このことにより、λ／２の位相差がつく波長のみ偏光が反転する。本実施形態においては、第１照明光２ａがＳ偏光、第２照明光２ｂがＰ偏光である。λ／２の位相差がつくと、第２照明光２ｂはＳ偏光となるため、第１照明光２ａと、第２照明光２ｂは同じ偏光となる。
【０１０４】
なお、空間光変調部２１０がミラーを用いたパネルである場合、第１照明光２ａと、第２照明光２ｂ光は、同じ偏光となる必要はない。したがって、この場合は、光源装置１００は、波長選択性位相差板１５０等を備えなくともよい。
【０１０５】
なお、第３の実施形態で示した位相変調部は、本実施形態にも利用できる。したがって、第１照明光２ａ又は第２照明光２ｂの少なくともいずれか一方は、ピーク輝度を高めた、ハイダイナミックレンジの照明光であってもよい。
【０１０６】
なお、画像表示装置２００が備える構成のうち、その他の構成の機能については、第２の実施形態と同様であるため、詳細な説明は割愛する。
【０１０７】
なお、本技術は、以下のような構成をとることもできる。
［１］第１波長域の光を出射する第１光源部と、
前記第１波長域の光が入射され、第１照明光を出射する第１照明光学系と、
第２波長域の光を出射する第２光源部と、
前記第２波長域の光が入射され、第２照明光を出射する第２照明光学系と、
前記第１照明光と前記第２照明光とが入射される合波器とを備えており、
前記合波器が、前記第１照明光の波長域と入射角度に基づいて、前記第１照明光をフィルタリングする特性と、前記第２照明光の波長域と入射角度に基づいて、前記第２照明光をフィルタリングする特性とを有し、
前記合波器から出射される前記第１照明光の波長域と、前記合波器から出射される前記第２照明光の波長域とが近づく又は重なり合うように、前記第１照明光と前記第２照明光が前記合波器に入射される角度がそれぞれ調整されている、光源装置。
［２］前記合波器が有するフィルタリング特性は、特定の波長域の前記第１照明光及び前記第２照明光を反射し、その他の波長域の前記第１照明光及び前記第２照明光を透過する、［１］に記載の光源装置。
［３］前記合波器は、ダイクロイックミラーである、［１］又は［２］に記載の光源装置。
［４］前記第１光源部及び／又は前記第２光源部は、一つ又は複数の波長域の光を出射する、［１］〜［３］のいずれか一つに記載の光源装置。
［５］前記第１光源部及び／又は前記第２光源部はコヒーレント光を出射する、［１］〜［４］のいずれか一つに記載の光源装置。
［６］前記コヒーレント光はレーザー光である、［５］に記載の光源装置。
［７］前記第１照明光及び／又は前記第２照明光の位相を変調する一つ又は複数の位相変調部をさらに備える、［１］〜［６］のいずれか一つに記載の光源装置。
［８］前記第１照明光学系及び／又は前記第２照明光学系はインテグレータ光学系を備える、［１］〜［７］のいずれか一つに記載の光源装置。
［９］前記第１照明光学系及び／又は前記第２照明光学系はフライアイレンズを備える、［１］〜［８］のいずれか一つに記載の光源装置。
［１０］前記第１照明光学系及び／又は前記第２照明光学系はロッドインテグレータを備える、［１］〜［９］のいずれか一つに記載の光源装置。
［１１］前記合波器は、偏光ビームスプリッタである、［１］〜［１０］のいずれか一つに記載の光源装置。
［１２］［１］〜［１１］のいずれか一つに記載の光源装置を備える画像表示装置。
【符号の説明】
【０１０８】
１００    光源装置
１１０    合波器
１２０ａ  第１光源部
１２０ｂ  第２光源部
１２０ｃ  第３光源部
１２１    固体光源
１２２    励起光源
１２３    アレイ光源
１２３ａ  光源
１２３ｂ  光源
１２３ｃ  光源
１２３ｄ  光源
１２４    励起光学系
１２５    波長変換材料
１３０ａ  第１照明光学系
１３０ｂ  第２照明光学系
１３０ｃ  第３照明光学系
１３１ａ  第１フライアイレンズ
１３１ｂ  第２フライアイレンズ
１３２    ロッドインテグレータ
１３３ａ  第１光源用位相変調部
１３３ｃ  第３光源用位相変調部
１３４ａ  レンズ
１３４ｂ  レンズ
１３４ｃ  レンズ
１３４ｄ  レンズ
１３４ｅ  レンズ
１３４ｆ  レンズ
１３４ｇ  レンズ
１３５    偏光変換素子
１４０    偏光ビームスプリッタ
１５０    波長選択性位相差板
１６０    制御部
１７０    出射口
２００    画像表示装置
２１０    空間光変調部
２２０    投射レンズ
３００    スクリーン
１ａ      第１波長域の光
１ｂ      第２波長域の光
２ａ      第１照明光
２ｂ      第２照明光
２ｃ      第３照明光
２ｄ      第４照明光
３ａ      １５ｄｅｇの透過率特性
３ｂ      ２５ｄｅｇの透過率特性
３ｃ      ３５ｄｅｇの透過率特性
３ｄ      ４０ｄｅｇの透過率特性
３ｅ      ４５ｄｅｇの透過率特性
３ｆ      ５０ｄｅｇの透過率特性
３ｇ      ５５ｄｅｇの透過率特性
３ｈ      ６５ｄｅｇの透過率特性
４        位相差
５        投影光
６ａ      光
６ｂ      光
６ｃ      光
６ｄ      光
７        映像信号
【図１】
2020144983.tif 000003
【図２】
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【図３】
2020144983.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020144983.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2020144983.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2020144983.tif 000019
【国際調査報告】
2020144983.tif 000020
2020144983.tif 000021
2020144983.tif 000022
2020144983.tif 000023
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