CN116097164A - 照明装置和投影仪装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的照明装置包括：具有发光元件的光源单元；空间光相位调制器，对来自光源单元的入射光执行空间光相位调制，从而在图像表面上生成其间具有间隔的多个再现图像；以及投影单元，通过单独的投影透镜在投影表面上叠加并投影多个再现图像。

Description

照明装置和投影仪装置
技术领域
本技术涉及照明装置和投影仪装置，并且具体地涉及通过降低光能量密度来增强安全性的技术。
背景技术
对非照明物体照射光的照明装置得到广泛应用。照明装置的示例包括诸如以预定的光分布图案(光强度分布图案)发射光的前照灯的车灯、将通过由诸如液晶面板的空间光调制器将光强度分布应用至来自光源的入射光而产生的图像投射至例如预定的投射表面上的投影仪装置等。
注意，下面的专利文献1可被引用为相关的传统技术。专利文献1的图14公开了在其中从光源发射的激光被准直并经由衍射光学元件和投影透镜发射到照明区域的配置中，其中多个元件衍射部二维地布置的衍射光学元件被用作所述衍射光学元件，其中多个单元透镜二维地布置的投影透镜被用作所述投影透镜，并且衍射光学元件中的非相邻元件衍射部分照明相同的照明范围，使得入射在照明区域的每个点上的相干光的入射方向变宽，以提高相干光的安全性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利申请特开第2019-21471号
发明内容
本发明要解决的问题
这里，可以通过对来自光源的光执行空间光强度调制来生成要投影的再现图像。可替代地，通过对来自光源的光执行空间光相位调制可以生成再现图像。在通过强度调制生成再现图像的情况下，通过遮蔽或者调光来自光源的一部分光来实现光强度分布。同时，在再现图像通过相位调制生成的情况下，不进行这种遮蔽或者调光，因此，可以提高光利用效率。
另一方面，例如，在像投影仪装置中那样经由投影透镜在投影表面上投影在图像表面上生成的再现图像的情况下，在投影透镜的光瞳位置(焦平面)处的光能量密度增加。为了提高安全性，期望降低光瞳位置处的这种光能量密度。具体地，在通过上述相位调制生成再现图像的情况下，光能量密度趋于进一步增加，并且因此采取措施是有效的。
鉴于上述情况，提出了本技术，并且其目的是在使用空间光相位调制器生成再现图像的情况下降低光瞳位置处的光能量密度并且提高安全性。
问题的解决方案
根据本技术的照明装置包括：光源单元，具有发光元件；空间光相位调制器，通过对来自光源单元的入射光执行空间光相位调制在图像表面上以一定间隔生成多个再现图像；以及投影单元，将多个再现图像经由不同的投影透镜叠加并投影在投影表面上。
结果，经由为每个投影透镜分散的每个光瞳位置将再现图像投影到投影表面上。
在上述根据本技术的照明装置中，可以设想，空间光相位调制器使用入射在比通过针对每个再现图像均等地分割相位调制面所形成的区域更宽的区域上的光来生成每个再现图像。
结果，与根据再现图像的数量针对通过等分相位调制表面形成的每个区域单独生成再现图像的情况相比，光瞳位置处的每个光束的直径可以被放大。
根据本技术的上述照明装置可包括通过控制空间光相位调制器中的相位调制图案改变再现图像的位置或形状的控制单元。
作为再现图像的位置的变化，考虑平面内方向位置的变化或光轴方向位置的变化。可根据平面内方向位置的变化来调整再现图像的投影区域的位置，并且可根据光轴方向位置的变化来调整焦点。此外，可以根据再现图像的形状的变化来校正光学像差。
在上述根据本技术的照明装置中，可以设想控制单元改变再现图像的平面内方向位置。
结果，可以调整每个再现图像的投影区域的位置。
在上述根据本技术的照明装置中，可以设想，控制单元根据再现图像的投影距离改变再现图像的平面内方向上的间隔。
因此，即使当投影距离改变时，也可以防止再现图像的投影区域之间的偏差。
在上述根据本技术的照明装置中，可以设想控制单元改变再现图像在光轴方向上的位置。
结果，可以调整投影图像的焦点。
在上述根据本技术的照明装置中，可以设想控制单元根据再现图像的投影距离改变再现图像在光轴方向上的位置。
结果，可以根据投影距离的变化来补偿投影图像的焦点偏移。
在上述根据本技术的照明装置中，可以设想控制单元改变再现图像的形状。
结果，能够改变再现图像的形状以校正诸如透镜失真的光学像差。
在上述根据本技术的照明装置中，可以设想，扩散板沿光轴方向设置在图像表面与投影透镜之间。
扩散板放大入射在投影透镜上的每个光束的光束直径。
根据本技术的上述照明装置可包括弯曲光学元件，所述弯曲光学元件使来自空间光相位调制器的入射光束在增加图像表面上再现图像的平面内方向间隔的方向上弯曲。
例如，通过诸如棱镜的弯曲光学元件增加图像表面上的再现图像的平面内方向间隔。
此外，根据本技术的投影仪装置包括：光源单元，具有发光元件；空间光相位调制器，通过对来自光源单元的入射光执行空间光相位调制在图像表面上以一定间隔生成多个再现图像；投影单元，经由不同的投影透镜在投影表面上叠加并投影所述多个再现图像；以及空间光强度调制器，对图像表面上的再现图像执行空间光强度调制。
这种投影仪装置还可提供与根据上述本技术的照明装置的效果相似的效果。
附图说明
图1是示出根据本技术的第一实施例的照明装置中包括的光学***的示意性配置示例的透视图。
图2是示出在作为第一实施例的照明装置中包括的光学***中的相位调制器5的后续阶段部分的示意性配置和相位调制器5的控制***的配置的示图。
图3是示出沿着平行于厚度方向的平面截取的液晶面板的截面的状态的示图。
图4为示出空间光相位调制器的相位分布与入射光的光束的行进方向的变化之间的关系的示图。
图5是为每个再现图像分割相位调制面的方法的说明图。
图6是示意性示出在针对每个再现图像执行分割的情况下的相位分布的波前的形状的图。
图7是示出在为每个再现图像执行分割的情况下光束的状态的示图。
图8是示意性示出未针对每个再现图像执行分割的情况下的相位分布的波前形状的示例的图。
图9是示出在不对每个再现图像执行分割的情况下光束的状态的示图。
图10是用于描述作为第二实施例的照明装置的配置示例的示图。
图11是示出在测距单元和再现图像的投影光学***的光轴之间具有一定距离的情况下布置测距单元的情况的示例的示图。
图12是根据投影距离的再现图像的平面内方向间隔的调整示例的说明图。
图13也是根据投影距离的再现图像的平面内方向间隔的调整示例的说明图。
图14是根据投影距离在光轴方向上每个再现图像的位置的调整示例的说明图。
图15是示出要执行以实现作为第二实施例的控制的具体处理过程的示例的流程图。
图16是用于描述作为实施例的投影仪装置的配置示例的示图。
图17是使用弯曲光学元件的示例的说明图。
图18是测距单元被布置在通过施加弯曲光学元件而产生的空间中的示例的说明图。
图19是空间光相位调制器被倾斜布置的情况下的问题的说明图。
图20是应用扩散板的示例的说明图。
图21是应用无焦光学***的示例的说明图。
图22是使用多个空间光相位调制器的情况的示例的说明图。
图23也是使用多个空间光相位调制器的情况的示例的说明图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图按照以下顺序描述根据本技术的实施例。
<1.第一实施例>
(1-1.作为实施例的照明装置的配置和再现图像投影方法)
(1-2.通过相位调制生成再现图像的方法)
(1-3.生成多个再现图像的方法)
<2.第二实施例>
<3.第三实施例(应用于投影仪装置)>
<4.变形例>
<5.实施例总结>
<6.本技术>
<1.第一实施例>
(1-1.作为实施例的照明装置的配置和投影方法)
图1和图2是用于描述作为根据本技术的第一实施例的照明装置1的配置示例的示图。图1是示出照明装置1中包括的光学***的示意性配置示例的立体图。图2是示出光学***中的相位调制器5的后续阶段部分的示意性配置以及相位调制器5的控制***的配置的示图。
首先，作为图1中所示的光学***的配置，照明装置1包括光源单元2、反射镜3、反射镜4、相位调制器5、反射镜6、反射镜7以及投影透镜单元8。图中的箭头表示光的路径，并且从光源单元2发射的光经由反射镜3、反射镜4、相位调制器5、反射镜6以及反射镜7进入投影透镜单元8。
在照明装置1中，相位调制器5对来自光源单元2的入射光执行空间光相位调制，以在投影表面Sp上再现期望的图像(光强度分布)。这种照明装置1可以应用于例如用于车辆前照灯(头灯)等的各种灯。在应用于前照灯的情况下，例如，可以想到采用其中相位调制器5通过空间光相位调制改变远光束或者近光束的照射范围的配置。
这里，在以下描述中，投影透镜单元8的图像的投影方向(与投影表面Sp正交的方向)被定义为Z方向。此外，正交于Z方向的平面(即，平行于投影表面Sp的平面)被定义为X-Y平面。在照明装置1水平配置的状态下，X方向与水平方向一致，Y方向与垂直方向一致。
光源单元2包括一个或多个发光元件并且用作入射在相位调制器5上的光的光源。光源单元2的发光元件的示例包括激光发光元件。注意，发光二极管(LED)、放电灯等也可以用作发光元件。
相位调制器5包括例如反射液晶面板，并且对入射光执行空间光相位调制。具体地，在本示例中，对从光源单元2发射并且经由反射镜3和4入射的光执行空间光相位调制。
注意，作为相位调制器5，可以使用透射型空间光相位调制器(transmissivespatial light phase modulator)来代替反射型。
应注意，在下文中，“空间光相位调制”也将被缩写为“相位调制”。
这里，在本实施例的照明装置1中，图2中所示，相位调制器5通过对入射光的相位调制来在图像表面Si上以一定间隔生成多个再现图像Im。具体地，在本示例中，生成四个再现图像Im。
投影透镜单元8具有与在图像表面Si上生成的再现图像Im的数量相同数量的投影透镜8a(即，在本示例中，四个：见图1)，并且每个投影透镜8a在投影表面Sp上投影所生成的再现图像Im中的对应一个。此时，非球面透镜用作每个投影透镜8a，并且投影透镜8a将相应的再现图像Im叠加并投影在投影表面Sp上。具体地，本示例中的投影透镜8a将再现图像Im叠加并投影在投影表面Sp上的相同区域上。
结果，在图像表面Si上生成多个再现图像Im，但是在投影表面Sp上的投影图像变成这些再现图像Im叠加的单个图像。
注意，在本示例中，投影透镜8a整体地形成在投影透镜单元8中。
在此，在图2中示出的图像表面Si还可以被称为光源侧上的聚焦位置(焦平面)。在图2中，在通过再现图像Im中的点的光束之中，提取并且示出通过图像中心的光束和通过具有最高图像高度的位置的光束。如所示出的，光束在会聚光的状态下经由反射镜6和7从相位调制器5引导至像面Si，并且聚焦在像面Si上。聚焦在图像表面Si上的光束以发散光的状态入射在投影透镜8a上。入射在投影透镜8a上的光束被转换成平行光，并且除了图像中心处的光束之外的光束的行进方向被弯曲到图像中心的光束侧，由此光束的主光线在光瞳位置Sf处彼此相交。
在穿过光瞳(pupil)位置Sf的光束中，图像中心处的光束被投影在投影表面Sp上的相同位置处(图中的“p1”的集合)。类似地，对于穿过再现图像Im中除了中心之外的位置的光束，也在投影表面Sp上在相同位置处投影再现图像Im中的相同位置处的光束(图中的“p2”和“p3”的集合)。
如上所述，由于相位调制器5在图像表面Si上以间隔生成多个再现图像Im，并且经由单独的投影透镜8a在投影表面Sp上叠加和投影再现图像Im，所以经由为每个投影透镜8a分配的每个光瞳位置Sf将再现图像Im投影到投影表面Sp上。
因此，在使用相位调制器5生成再现图像Im的情况下，可以减小光瞳位置Sf处的光能量密度，并且可以提高安全性。
在本示例中，相位调制器5的相位调制图案可以由控制单元9任意设置。
控制单元9包括例如具有中央处理单元(CPU)和诸如只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)的存储装置的微型计算机，并且执行照明装置1的总体控制。
控制单元9在相位调制器5中设置用于在图像表面Si上以一定间隔生成多个再现图像Im的相位调制图案(相位分布)。具体地，控制单元9指示相位调制器5关于用于实现上述相位调制图案的每个像素的驱动信号值，并且使相位调制器5对来自光源单元2的入射光执行空间光相位调制。
(1-2.通过相位调制生成再现图像的方法)
将参考图3和图4描述通过相位调制生成再现图像Im的方法。
图3是由包括液晶面板的相位调制器5进行的光的折射效果的说明图。应注意，尽管在图3中将描述透射型液晶面板的示例，但即使当使用反射型液晶面板时也可获得相同的折射效果。
图3示出用于三个像素的区域的截面，作为沿着平行于厚度方向的平面切割的液晶面板的截面。如所示出的，在作为相位调制器5的液晶面板中，在液晶层的两端为每个像素形成一对像素电极。
在该液晶面板中，可以针对每个像素控制施加在电极之间的电压，并且可以通过所施加的电压的值来改变液晶层中的液晶分子的倾斜度。由于液晶分子的倾斜状态，折射率出现差异，并且穿过液晶层的光的光路长度改变，从而可产生相位差。例如，在示出的示例中，随着在最上级示出的像素的液晶分子的倾斜状态，光路长度长(折射率高)，并且此后，从中级的像素至下级的像素，光路长度变短(折射率变低)。
在附图中，入射在液晶面板上的光的偏振方向由双头箭头表示，并且波前随着光的前进而改变的状态由垂直线表示。通过如上所述为每个像素设置光路长度，在这种情况下，随着入射光在液晶层中前进，入射光的波前如所示出的从垂直状态逐渐向后倾斜。因此，如图中箭头所示，在这种情况下，入射光的行进方向从与面板厚度方向平行的方向变成向上方向。
如上所述，在相位调制器5中，可通过为每个像素设置光路长度(即，设置相位)来改变入射光的行进方向。
图4示出在设置作为聚光(菲涅尔)透镜的相位分布的情况下(图4的A)和设置作为衍射(棱镜)透镜的相位分布的情况下(图4的B)的相位分布的波前的状态和光束的行进方向的变化状态(虚线箭头)。
在图4的A所示的聚光透镜的情况下，相位分布的波前基本上为球面，并且入射光束被折射，以在相位分布的波前的法线方向上行进。因此，获得如所示出的的冷凝作用。
在图4的B所示的衍射透镜的情况下，相位分布的波前如所示出的是基本上线性的，并且入射光束在相同方向上折射。因此，如所示出的获得面内位置移动的动作。
通过如上所述的光的折射效果，可以在图像表面Si上形成光束密度增加的部分和光束密度变得稀疏的部分。即，可以通过设置相位调制器5的相位调制图案在图像表面Si上生成期望的光强度分布(即，图像)。
注意，作为用于获得用于生成期望的再现图像Im的相位分布的方法，例如，可以例举由下面的参考文献1中公开的方法表示的自由形式方法等。
参考文献1：PCT国际申请号2017-520022的已公开的日本译文
(1-3.生成多个再现图像的方法)
这里，如上所述，在本实施例中，在图像表面Si上生成多个再现图像Im。在本示例中，在不针对每个再现图像Im分割相位调制表面的情况下生成这些再现图像Im。
将参照图5至图9描述这一点。
图5是用于描述在生成多个再现图像Im时针对每个再现图像Im分割相位调制器5的相位调制表面Sm的方法的示图。
这里，相位调制表面Sm指的是能够执行相位调制的相位调制器5的一部分的发射表面。能够执行相位调制的部分是指可以对入射光执行相位调制的部分。
要生成的四个再现图像Im用“A”、“B”、“C”和“D”表示。在执行针对每个再现图像Im的分割的方法中，如图5的A至5的D所示，针对要生成的每个再现图像Im，均等地分割相位调制表面Sm(形成的区域被定义为区域a、b、c和d)，并且针对图像表面Si上的每个等分区域生成一个相应的再现图像Im。
图6示意性示出在针对每个再现图像Im执行分割的情况下的相位分布的波前的形状。注意，图6代表性地示出仅针对区域a和区域b的相位分布的波前的形状。
如图6所示，针对每个再现图像Im执行分割的方法是设置用于针对每个再现图像Im平均分割的每个区域生成再现图像Im并执行相位调制的相位分布图案的方法。
图7是示出在针对每个再现图像Im执行分割的情况下光束的状态的示图。要注意的是，图7仅仅显示了四个再现图像Im“A”到“D”中的任一个的光束。
在对每个再现图像Im进行分割的情况下，使用入射在相位调制表面Sm的整个区域的1/4上的光生成每个再现图像Im。由于可用于生成一个再现图像Im的相位调制表面Sm的区域相对窄，所以直到光束到达图像表面Si为止来自相位调制器5的各光束的直径趋于窄，结果，光瞳直径减小。
光瞳直径的减小意味着光瞳位置Sf处的光能量密度增大。因此，在本示例中，采用在不对每个再现图像Im执行分割的情况下生成多个再现图像Im的方法。
图8示意性示出未针对每个再现图像Im进行分割的情况下的相位分布的波前形状的示例。
在附图中，示意性地示出用于生成“A”和“B”的再现图像Im的相位分布的波前形状的示例。然而，只要不如所示出的对每个再现图像Im执行分割，则每个再现图像Im的生成不限于如图5所示的等分区域的范围内，并且可以使用入射到超出等分区域的范围的更宽区域上的光来生成每个再现图像Im。
在本示例中，由于不对每个再现图像Im执行分割，所以使用入射在比通过对每个再现图像Im均等分割相位调制表面Sm所形成的区域更宽的区域上的光来生成每个再现图像Im。
即，本实施例的控制单元9在相位调制器5中设置所计算的相位调制图案，以便能够使用入射在比通过以这种方式针对每个再现图像Im均等分割相位调制表面Sm所形成的区域更宽的区域上的光来生成每个再现图像Im，并且使相位调制器5对来自光源单元2的入射光执行相位调制。
图9是示出在不对每个再现图像Im进行分割的情况下，即，在采用使用入射在比通过针对每个再现图像Im均等分割相位调制表面Sm而形成的区域更宽的区域上的光来生成每个再现图像Im的方法的情况下，光束的状态的示图。需注意，与上述图7相似，图9也仅示出四个再现图像Im“A”至“D”中的任何一个的光束。
由于在这种情况下使用入射在比等分区域更宽的区域上的光生成再现图像Im，所以直到光束到达图像表面Si的来自相位调制器5的每个光束的直径往往大于图7的情况下的直径，因此，可以放大光瞳直径。
通过放大光瞳直径，可以减小光瞳位置Sf处的光能量密度，并且可以增强安全性。
<2.第二实施例>
接下来，将描述第二实施例。
在第二实施例中，改变再现图像Im的位置或形状。
图10是用于描述作为第二实施例的照明装置1A的配置示例的示图。要注意的是，与上述图2相似，图10仅仅示出在相位调制器5之后的光学***的配置。光学***中包括光源单元2的其他部分与图1中的那些相似，并且因此未示出。
此外，在以下描述中，相同的参考标号被给予与已经描述的那些部件相似的部件，并且省略其描述。
与第一实施例的照明装置1的不同之处在于添加了测距传感器10和聚光透镜11，并且设置了控制单元9A来代替控制单元9。
测距传感器10测量Z方向上到物体的距离。作为测距传感器10，例如，可以使用通过间接飞行时间(ToF)方法或直接ToF方法的测距传感器、通过结构光方法的测距传感器等。在本示例中，使用通过间接ToF方法的测距传感器10。在这种情况下，测距传感器10接收通过投影透镜单元8投影并且由物体反射的光，并且测量到物体的距离。
聚光透镜11将来自物体的反射光会聚并且将光引导至测距传感器10的传感器表面上。
这里，在本示例中，包括测距传感器10和聚光透镜11的测距单元被布置为使得其光轴与投影透镜单元8的光轴一致，即，与叠加和投影每个再现图像Im的投影光学***的光轴一致。
图11示出测距单元被布置成在测距单元的光轴与投影光学***之间具有一定距离的情况。然而，通过这种配置，测距单元的视场(测距视场)和再现图像Im的投影区域彼此偏离，并且在测距视场中形成没有用测距用的光照射的所谓的阴影区域。
通过如上所述布置测距单元使得光轴与投影光学***的光轴一致，能够防止出现这种阴影区域。
在图10中，控制单元9A与控制单元9的不同之处在于，控制单元9A根据如下所述的测距传感器10测量的到投影表面Sp的距离(以下称为“投影距离”)控制用于改变每个再现图像Im的平面内方向位置和光轴方向位置的相位调制图案。
这里，在再现图像Im被叠加并投影在投影表面Sp上的相同区域上的状态下，当投影距离改变时，在投影表面Sp上的再现图像Im的投影区域之间出现偏差。即，在投影图像中出现模糊(分辨率劣化)。
因此，在本示例中，如图12和图13所示，图像表面Si上的再现图像Im的平面内方向间隔根据投影距离而改变。
图12示出对应于200mm的投影距离设置在图像表面Si上的再现图像Im的中心到中心距离的示例，并且图13示出对应于2000mm的投影距离设置在图像表面Si上的再现图像Im的中心到中心距离的示例。
具体而言，在该示例中，如图12的B所示，在X方向和Y方向上，与图12的A所示的投影距离＝200mm对应的再现图像Im的中心到中心距离为6.54mm，而如图13的B所示，在X方向和Y方向上，与图13的A所示的投影距离＝2000mm对应的再现图像Im的中心到中心距离为6.26mm。
如在该示例中，随着投影距离增加，图像表面Si上的再现图像Im的中心到中心距离增加。结果，即使投影距离改变，也可以防止再现图像Im的投影区域之间的偏差，并且可以防止投影图像的分辨率由于投影距离而劣化。
此外，在本示例中，除了对再现图像Im的中心到中心距离的这种控制之外，还进行改变再现图像Im的形状的控制。具体地，执行控制以改变每个再现图像Im的形状以便实现透镜失真校正。应注意，此处所指的透镜失真是由投影透镜8a引起的透镜失真。
在这种情况下，由于镜头失真表现为枕形像差(pincushion aberration)，因此通过改变最初应当是矩形的再现图像的形状来执行镜头失真校正，以失真为桶形状(参见图12的B和图13的B)。
此外，在本示例中，进行控制以根据投影距离改变各再现图像Im在光轴方向上的位置。即，在图14中，沿表示为方向D1或方向D2的方向移动每个再现图像Im。这对应于进行投影图像的焦点调整。
具体地，随着投影距离减小，控制单元9A在远离投影透镜单元8的方向(方向D2)上移动每个再现图像Im。
结果，可以根据投影距离的变化来补偿投影图像的焦点偏移。
图15是示出控制单元9A为了实现上述第二实施例的控制而执行的具体处理过程的示例的流程图。
首先，在步骤S101中，控制单元9A读取初始设定的距离。这里所描述的初始设置距离为投影距离的初始设定值。表示初始设置距离的信息存储在控制单元9A可读取的存储装置中，控制单元9A在步骤S101中执行读取存储在存储装置中的初始设置距离的信息的处理。
在步骤S101之后的步骤S102中，控制单元9A获取与距离对应的相位调制图案。即，获取与在步骤S101中读取的初始设置距离对应的相位调制图案或者与在下面描述的步骤S106中更新的距离对应的相位调制图案。
作为这里的相位调制图案，使用如上参考图12至图14所描述的根据投影距离计算的相位调制图案，以实现再现图像Im的平面内方向间隔的调整、焦点调整(光轴方向位置的调整)和透镜失真校正。
在本示例中，将表示每个投影距离的相位调制图案的信息存储在控制单元9A可读取的存储装置中，并且控制单元9A读取并获取存储在存储装置中的相位调制图案的信息。
在步骤S102之后的步骤S103中，控制单元9A使用所获取的相位调制图案执行相位调制执行控制。即，所获取的相位调制图案被设置在相位调制器5中以执行相位调制。
然后，在随后的步骤S104中，控制单元9A使测距传感器10执行测距作为测距处理，并在随后的步骤S105中进一步确定设置距离与测距值是否相等，即，在步骤S104中的测距处理中测量的距离的值是否等于设置距离(在步骤S101中的初始设置距离或在下面描述的步骤S106中更新的距离值)。
在步骤S105中确定为设置距离和测距值相等的情况下，控制单元9A使处理进入步骤S107。
另一方面，在步骤S105中确定设置距离和测距值不相等的情况下，控制单元9A进入步骤S106，利用测距值更新设置距离，并且使处理进入步骤S107。
在步骤S107中，控制单元9A确定是否继续调整投影距离。步骤S107中的确定处理用作确定在上述步骤S103中执行与初始设置距离对应的相位调制之后投影距离是否处于可改变状态的处理。
可以考虑关于是否继续调整投影距离的确定的各种具体示例。例如，在控制单元9A具有将投影表面Sp的位置设置在Z方向的任意位置处的功能的情况下，控制单元9A执行确定投影距离是否应该通过该功能改变的处理。可替代地，还可想到，投影距离随着用户调整照明装置1A的布置位置而改变。在这种情况下，例如，可想到执行关于是否正在执行布置位置的调整模式的确定。
在步骤S107中确定继续调整投影距离的情况下，控制单元9A返回至步骤S102。结果，在估计可以继续投影距离改变的状态的情况下，如果通过测距确定投影距离改变(S105：否)，则投影利用与改变的投影距离对应的相位调制图案生成的再现图像Im(S102、S103)。即，实现再现图像Im的平面内方向间隔的调整和根据改变的投影距离的焦点调整。注意，在投影距离不从步骤S104中的测距之前的值改变的情况下，继续利用与测距之前的值对应的相位调制图案生成的再现图像Im的投影状态。
另一方面，在步骤S107中确定不继续调整投影距离的情况下，控制单元9A进行至步骤S108，获取与距离对应的相位调制图案，并且然后在随后的步骤S109中通过所获取的相位调制图案执行相位调制执行控制。步骤S108中的获取处理和步骤S109中的控制处理分别是与上述步骤S102中的获取处理和步骤S103中的控制处理相同的处理，并且避免了冗余描述。
控制单元9A响应于步骤S109的控制处理的执行终止在图15中示出的一系列处理。
应注意，在上述描述中，已经描述了读取并且获取提前存储在存储装置中的相位调制图案的信息作为获取与投影距离(包括步骤S101的初始设置距离)对应的相位调制图案的处理的示例。然而，理所当然，通过基于上述自由形式方法等进行计算，可以获取与投影距离对应的相位调制图案。
<3.第三实施例(应用于投影仪装置)>
在第三实施例中，将如上述实施例的照明装置应用于投影仪装置。
图16是用于描述应用作为第一实施例的照明装置1的投影仪装置20的配置示例的示图。要注意的是，在图16中，与上述图2相似，仅仅示出在相位调制器5之后的光学***的配置，并且包括光源单元2的光学***的其他部分与在图1中的那些相似，因此，未显示。
如所示出的，投影装置20与第一实施例的照明装置1不同之处在于在图像表面Si的位置处设置强度调制器21并且设置控制单元9B来代替控制单元9。
例如，强度调制器21包括透射液晶面板，并且对入射光执行空间光强度调制(在下文中也被简称为“强度调制”)。具体地，在图像表面Si的位置处布置强度调制器21，以对通过相位调制器5的相位调制生成的每个再现图像Im执行强度调制。
控制单元9B与控制单元9同样，具备具有CPU和ROM、RAM等存储装置的微型计算机。控制单元9B基于目标图像计算相位调制器5的相位分布(相位调制图案)和强度调制器21的光强度分布(强度调制图案)，基于所计算的相位分布控制由相位调制器5进行的相位调制操作，并且基于所计算的光强度分布控制由强度调制器21进行的强度调制操作。
如所示出的，控制单元9B包括相位图案计算单元22和强度图案计算单元23。相位图案计算单元22计算相位调制图案，该相位调制图案用于在图像表面Si上以一定间隔生成具有光强度分布的多个再现图像Im(在本示例中为四个)作为目标图像。
强度图案计算单元23计算要在强度调制器21中设置的强度调制图案，以便在投影表面Sp上再现目标图像的光强度分布。具体地，强度图案计算单元23输入目标图像和由相位图案计算单元22计算的相位调制图案，并且基于目标图像和相位调制图案计算强度调制器21的强度调制图案。更具体地，强度图案计算单元23计算用于消除根据从相位图案计算单元22输入的相位调制图案获得的再现图像Im的光强度分布与目标图像的光强度分布之间的差的强度调制器21的强度调制图案。这对应于计算用于补偿高频分量的强度调制图案，因为在通过相位调制生成的再现图像Im中，目标图像中的高频分量的再现性趋于减小。
控制单元9B使相位调制器5使用由相位模式计算单元22计算的相位调制图案来执行相位调制操作，并且使强度调制器21使用由强度模式计算单元23计算的强度调制模式来执行强度调制操作。
在此，在传统的投影装置中，通过由空间光强度调制器对来自光源的光执行空间光强度调制来获得再现图像。然而，在空间光强度调制中，来自光源的入射光的一部分被遮蔽或变暗。因此，存在光的利用效率低并且难以实现高对比度的情况。
另一方面，如图16所示，通过使用照明装置1，即，应用通过空间光相位调制再现期望的光强度分布的照明装置的投影仪装置，可以提高光的利用效率和提高投影图像的对比度。在图16所示的配置中，通过相位调制器5的相位调制在强度调制器21的调制表面上再现与目标图像相对应的光强度分布，对应于在执行强度调制器21的强度调制之前形成目标图像的粗略光强度分布，并且是类似于液晶显示器中的背光的区域分割驱动的控制。然而，应注意，因为此处的光强度分布通过相位调制形成，所以可以防止来自光源的光的利用效率降低。
在这种情况下，强度调制器21用于调整由相位调制器5再现的所谓的低频图像的再现图像Im的细节，并且再现对应于投影表面Sp上的目标图像的光强度分布。因此，可以增加投影图像的对比度，同时抑制投影图像的分辨率的降低。
请注意，作为投影仪装置，也可以采用应用第2实施例的照明装置1A的配置。在这种情况下，相位图案计算单元22计算用于调整再现图像Im的平面内方向间隔并且根据由测距传感器10测量的距离(投影距离)调整焦点的相位调制图案。
此外，在以上描述中，已经描述了使用透射型液晶面板作为强度调制器21的示例。然而，也可以使用反射液晶面板或诸如DMD的反射空间光调制器。
<4.变形例>
在此，实施例不限于上述的具体例，能够采用各种变形例的结构。
例如，光学***可包括如图17所示的弯曲光学元件15。弯曲光学元件15使来自相位调制器5的入射光束在图像表面Si上的再现图像Im的平面内方向间隔增大的方向上弯曲，并且例如，可以使用棱镜。
通过增加再现图像Im的平面内方向间隔，在叠加和投影再现图像Im的投影光学***的光轴附近需要布置组件的情况下，可以放大用于布置组件的空间，并且可以容易地布置组件。
例如，如图18所示，在第二实施例中描述的测距单元(测距传感器10和聚光透镜11)可以容易地布置在光轴附近的位置。
要注意的是，在通过弯曲光学元件15增大再现图像Im的平面内方向间隔的情况下，还可以采用其中投影透镜8a与在图17和图18中所示的投影透镜单元8’中一样分开的配置。
此外，布置在通过增加再现图像Im的平面内方向间隔而产生的空间中的分量不限于上述测距单元，并且例如，可以使用其他组件，诸如包括捕捉图像的图像传感器的成像单元和成像透镜。
此外，在以上描述中，已经描述了使用反射液晶面板作为相位调制器5的示例。然而，在反射式空间光相位调制器用作相位调制器5的情况下，相位调制表面Sm被布置为从正交于入射光轴的状态倾斜。因此，如图19的A和图19的B所示，从相位调制表面Sm到再现图像Im的距离根据接收调制的相位调制表面Sm的区域而变化。
具体地，图19的A和图19的B示出相位调制器5被布置为使得相位调制表面Sm相对于与入射光轴正交的平面So倾斜。在这种情况下，在图19的A所示的区域A1中调制的光和图19的B所示的区域A2中调制的光之间，从相位调制表面Sm到再现图像Im的距离(光路长度)不同。具体而言，到图19的B中的再现图像Im的距离比图19的A中的长。
因此，在如上所述倾斜地布置相位调制器5的情况下，使用被计算为消除距离差的相位调制图案生成再现图像Im。结果，可以对齐再现图像Im在Z方向上的位置。
而且，光学***的配置可采用如图20或图21中所示的配置。
图20示出应用扩散板16的示例。
具体地，扩散板16在光轴方向上布置在像面Si与投影透镜8a之间的位置。
扩散板16放大入射在投射透镜8a上的每个光束的光束直径，结果，光瞳直径可被放大。
图21示出应用无焦光学***17的示例。
如所示出的，通过在图像表面Si之前布置无焦光学***17，放大各再现图像Im。
此外，在以上描述中，已经描述了仅一个相位调制器5用于生成多个再现图像Im的示例。然而，如图22和图23中所示，可以提供多个相位调制器5，并且每个相位调制器5可以在图像表面Si上以一定间隔生成多个再现图像Im。在此处，在图23中，仅仅提取并且示出在图22中所示的光束之中的从一个相位调制器5输出的光束。
如上所述，通过提供多个相位调制器5和配置每个相位调制器5以生成多个再现图像Im，来自光源单元2的光可以分散的方式入射在多个相位调制器5上，并且可以降低光能量密度。因此，能够延长相位调制器5的寿命。
此外，虽然未示出，但是还可以采用其中设置与光源波长相对应的多个相位调制器5、每个相位调制器5在图像表面Si上间隔地生成多个再现图像Im、并且将这些再现图像Im叠加在投影表面Sp上的配置。例如，可以设想提供红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)光源作为光源，并且提供R、G和B相位调制器5作为相位调制器5，并且每个相位调制器5基于来自对应颜色的光源的入射光在图像表面Si上以一定间隔生成多个再现图像Im，并且通过投影透镜单元8将这些再现图像Im叠加在投影表面Sp上。
<5.实施例总结>
如上所述，作为实施例的照明装置(照明装置1、1A、投影仪装置20)包括：光源单元(光源单元2)，具有发光元件；空间光相位调制器(相位调制器5)，通过对来自光源单元的入射光执行空间光相位调制在图像表面上以一定间隔生成多个再现图像；以及投影单元(投影单元8、8’)，经由不同的投影透镜将多个再现图像叠加并投影在投影表面上。
结果，经由为每个投影透镜分散的每个光瞳位置将再现图像投影到投影表面上。
因此，在使用空间光相位调制器生成再现图像的情况下，可以降低光瞳位置处的光能量密度，并且可以提高安全性。
此外，在作为实施例的照明装置中，空间光相位调制器使用入射在比通过针对每个再现图像均等分割相位调制面所形成的区域更宽的区域上的光来生成每个再现图像。
结果，与根据再现图像的数量针对通过等分相位调制表面形成的每个区域单独生成再现图像的情况相比，光瞳位置处的每个光束的直径可以被放大。
因此，光瞳直径增大，光瞳位置处的光能量密度可以减小，并且安全性可以提高。
此外，作为本实施例的照明装置包括控制单元(控制单元9A)，该控制单元通过控制空间光相位调制器中的相位调制图案来改变再现图像的位置或形状。
作为再现图像的位置的变化，考虑平面内方向位置的变化或光轴方向位置的变化。可根据平面内方向位置的变化来调整再现图像的投影区域的位置，并且可根据光轴方向位置的变化来调整焦点。此外，可以根据再现图像的形状的变化来校正光学像差。
根据上述配置，由于通过控制相位调制图案来执行再现图像的调整和校正，因此可以消除独立于空间光相位调制器而提供用于调整和校正的光学元件的需要，并且可以缩小光学***的尺寸。
此外，在作为实施例的照明装置中，控制单元改变再现图像的平面内方向位置。
结果，可以调整每个再现图像的投影区域的位置。
因此，即使在再现图像的投影区域由于某些因素偏离期望位置的情况下，投影区域的位置也可校正为与期望位置一致。
此外，在作为实施例的照明装置中，控制单元根据再现图像的投影距离改变再现图像的平面内方向上的间隔。
因此，即使当投影距离改变时，也可以防止再现图像的投影区域之间的偏差。
因此，能够防止投影表面上的再现图像的分辨率由于投影距离的变化而劣化。
此外，在作为实施例的照明装置中，控制单元改变再现图像在光轴方向上的位置。
结果，可以调整投影图像的焦点。
此外，在作为实施例的照明装置中，控制单元根据再现图像的投影距离改变再现图像在光轴方向上的位置。
结果，可以根据投影距离的变化来补偿投影图像的焦点偏移。
因此，能够防止投影表面上的再现图像的分辨率由于投影距离的变化而劣化。此外，消除了对用于驱动透镜以调整再现图像的焦点的配置的需要，并且可以使光学***小型化。
此外，在作为实施例的照明装置中，控制单元改变再现图像的形状。
结果，能够改变再现图像的形状以校正诸如透镜失真的光学像差。
再现图像的光学像差可以由用于生成再现图像的空间光相位调制器校正，并且不需要提供单独的光学元件用于校正。因此，可以使光学***小型化。
此外，在作为实施例的照明装置中，扩散板(扩散板16)在光轴方向上布置在图像表面与投影透镜之间。
扩散板放大入射在投影透镜上的每个光束的光束直径。
因此，光瞳直径可以被扩大，并且可以通过减小光瞳位置处的光能量密度来提高安全性。
此外，作为本实施例的照明装置包括弯曲光学元件(弯曲光学元件15)，该弯曲光学元件使来自空间光相位调制器的入射光束在增加图像表面上再现的图像的平面内方向间隔的方向上弯曲。
例如，通过诸如棱镜的弯曲光学元件增加图像表面上的再现图像的平面内方向间隔。
通过增加再现图像的平面内方向间隔，在叠加和投影再现图像的投影光学***的光轴附近需要布置组件的情况下，可以放大用于布置组件的空间，并且可以容易地布置组件。例如，在布置测距传感器的情况下，为了防止测距的视场与再现图像的投影区域之间的偏差，需要将测距传感器布置在光轴附近的位置中。在这种情况下，可以提高测距传感器的布置的简易性。
此外，作为实施例的投影仪装置(投影仪装置20)包括：光源单元(光源单元2)，具有发光元件；空间光相位调制器(相位调制器5)，通过对来自光源单元的入射光执行空间光相位调制在图像表面上以一定间隔生成多个再现图像；投影单元(投影单元8、8’)，经由不同的投影透镜在投影表面上叠加并投影所述多个再现图像；以及空间光强度调制器(强度调制器21)，在所述图像表面上对所述再现图像执行空间光强度调制。
这样的投影装置还可以提供与根据上述实施例的照明装置相似的效果。
因此，关于对通过空间光相位调制生成的再现图像执行空间光强度调制并且将再现图像投影在投影表面上的投影仪装置，可降低光瞳位置处的光能量密度并提高安全性。
应注意，本说明书中描述的效果仅是示例并且不受限制，并且可以获得其他效果。
<6.本技术>
应注意，本技术还可以以下方式配置。
(1)
一种照明装置，包括：
光源单元，具有发光元件；
空间光相位调制器，通过对来自光源单元的入射光执行空间光相位调制在图像表面上以一定间隔生成多个再现图像；以及
投影单元，将多个所述再现图像经由不同的投影透镜叠加并投影在投影表面上。
(2)
根据以上(1)所述的照明装置，其中，
所述空间光相位调制器使用入射在比通过针对每个所述再现图像均等地分割相位调制面而形成的区域更宽的区域上的光来生成每个所述再现图像。
(3)
根据上述(1)或(2)所述的照明装置，进一步包括
控制单元，通过控制所述空间光相位调制器中的相位调制图案来改变所述再现图像的位置或形状。
(4)
根据以上(3)所述的照明装置，其中，
控制单元改变再现图像的平面内方向位置。
(5)
根据以上(4)所述的照明装置，其中，
所述控制单元根据所述再现图像的投影距离改变所述再现图像的平面内方向上的间隔。
(6)
根据以上(3)至(5)中任一项所述的照明装置，其中，
控制单元改变再现图像在光轴方向上的位置。
(7)
根据以上(6)所述的照明装置，其中，
所述控制单元根据所述再现图像的投影距离来改变所述再现图像在光轴方向上的位置。
(8)
根据以上(3)至(7)中任一项所述的照明装置，其中，
控制单元改变再现图像的形状。
(9)
根据以上(1)至(8)中任一项所述的照明装置，其中，
在光轴方向上在所述图像表面与所述投影透镜之间设置有扩散板。
(10)
根据上述(1)至(9)中任一项所述的照明装置，进一步包括
弯曲光学元件，使来自所述空间光相位调制器的入射光束在一方向上弯曲，所述方向是增大所述再现图像在所述图像表面上的平面内方向间隔的方向。
(11)
一种投影仪装置，包括：
光源单元，具有发光元件；
空间光相位调制器，通过对来自光源单元的入射光执行空间光相位调制在图像表面上以一定间隔生成多个再现图像；
投影单元，经由不同的投影透镜在投影表面上叠加并投影所述多个再现图像；以及
空间光强度调制器，对图像表面上的再现图像执行空间光强度调制。
参考符号列表
1、1A照明装置
2光源单元
3、4、6、7反射镜
5相位调制器
8、8'投影透镜单元
8a投影透镜
9、9A、9B控制单元
10测距传感器
11聚光透镜
Sp投影表面
Si图像表面
Sf光瞳位置
Im再现图像
Sm相位调制表面
15弯曲光学元件
16扩散板
17无焦光学***
20投影装置
21强度调制器。

Claims (11)

1.一种照明装置，包括：
光源单元，具有发光元件；
空间光相位调制器，通过对来自所述光源单元的入射光执行空间光相位调制，来在图像表面上以一定间隔生成多个再现图像；以及
投影单元，将多个所述再现图像经由不同的投影透镜叠加并投影在投影表面上。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其中，
所述空间光相位调制器使用入射在比通过针对每个所述再现图像均等地分割相位调制面而形成的区域更宽的区域上的光来生成每个所述再现图像。
3.根据权利要求1所述的照明装置，进一步包括：
控制单元，通过控制所述空间光相位调制器中的相位调制图案来改变所述再现图像的位置或形状。
4.根据权利要求3所述的照明装置，其中，
所述控制单元改变所述再现图像的平面内方向位置。
5.根据权利要求4所述的照明装置，其中，
所述控制单元根据所述再现图像的投影距离来改变所述再现图像在平面内方向上的间隔。
6.根据权利要求3所述的照明装置，其中，
所述控制单元改变所述再现图像在光轴方向上的位置。
7.根据权利要求6所述的照明装置，其中，
所述控制单元根据所述再现图像的投影距离来改变所述再现图像在光轴方向上的位置。
8.根据权利要求3所述的照明装置，其中，
所述控制单元改变所述再现图像的形状。
9.根据权利要求1所述的照明装置，其中，
在光轴方向上在所述图像表面与所述投影透镜之间设置有扩散板。
10.根据权利要求1所述的照明装置，进一步包括：
弯曲光学元件，使来自所述空间光相位调制器的入射光束在一方向上弯曲，所述方向是增大所述再现图像在所述图像表面上的平面内方向间隔的方向。
11.一种投影仪装置，包括：
光源单元，具有发光元件；
空间光相位调制器，通过对来自所述光源单元的入射光执行空间光相位调制来在图像表面上以一定间隔生成多个再现图像；
投影单元，将多个所述再现图像经由不同的投影透镜叠加并投影在投影表面上；以及
空间光强度调制器，对所述图像表面上的所述再现图像执行空间光强度调制。
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