CN111123506B - 光学系统、图像投影装置以及移动体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学系统、图像投影装置以及移动体，目的在于用紧凑的光路构成来减少无用光的影响。光学系统(100)具备，使入射光(250)向彼此方向不同的第一方向或第二方向射出的光调制元件(103)、以及将光源(101)照射的照射光(250)作为入射光(250)，射往光调制元件(103)的光学元件(102)，其特征在于，光学元件(102)具有边界面(B),该边界面(B)透射第一光和第二光的两者之中的一方，而反射另一方，第一光是从光调制器件(103)向第一方向射出后被引导到投影对象上的第一射出光(200)，第二光包括从光调制元件(103)向第二方向射出的第二射出光(201)和照射光(250)。

Description

光学系统、图像投影装置以及移动体

技术领域

本发明涉及光学系统、图像投影装置以及移动体。

背景技术

随着多媒体时代的到来，图像投影装置被广泛利用到各种场合。近年来，图像投影装置不仅有前置投影方式投影机，还配备在标牌上及车载的仰视显示器(HUD)中等，市场领域不断扩大。在形成这些产品时，普遍采用DMD(数字微镜器件)的光学系统作为光调制元件，逐渐朝着小型、轻量、高亮度、高动态范围(高对比度)方向发展。

在现有技术中，专利文献1(日本特开2004-258439号公报)公开了一种具有反射型光调制器的投射型显示装置，其构成为，在照射反射型光调制器的照明光学系统的光路内，设置可以插入拔出的遮光板，该遮光板用于遮挡照明光学系统的光束的一侧截面的一部分光，用来遮蔽无用光。

专利文献2(日本特开2000-258703号公报)公开了一种具有让受到DMD反射的光透过的第一镜面的棱镜的光学系统，其中，棱镜还具有第二镜面，在该第二镜面上，透过第一镜面的光之中，受到ON状态下反射镜元件反射的光透过，而受到OFF状态下反射镜元件反射的光则被反射。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以用紧凑的光路构成来减少无用光影响的光学系统、图像投影装置及移动体。

本发明涉及的光学系统具备，光调制元件，使入射光向彼此方向不同的第一方向或第二方向射出；以及，光学元件，将光源照射的照射光作为所述入射光，射往所述光调制元件，其特征在于，所述光学元件具有界面,该边界面透射第一光和第二光的两者之中的一方，而反射另一方，所述第一光是从所述光调制器件向所述第一方向射出后被引导到投影对象上的第一射出光，所述第二光包括从所述光调制元件向第二方向射出的第二射出光和所述照射光。

本发明的效果在于，提供一种可以用紧凑的光路构成来减少无用光影响的光学系统、图像投影装置及移动体

附图说明

图1是本发明的一种实施方式涉及的光学系统100的剖面图。

图2是图1所示的光学元件102及光调制元件103的光路的剖面图。

图3是图1所示的光调制元件103的详细构成的示意图。

图4是图1所示的光学系统100的变形例的一部分构成的剖面图。

图5是图1所示的光学系统100的第二变形例，是光学元件102及光调制元件103M的光路的剖面图。

图6是图1所示的光学系统100的第3变形例的剖面图。

图7是图6所示的光学元件102、光学元件102B以及光调制元件103的光路的剖面图。

图8是图1所示的光学系统100的第4变形例的剖面图。

图9是图8所示的光学元件102、光学元件102C以及光调制器元件103的光路的剖面图。

图10是图1所示的光学系统100的第5变形例的剖面图。

图11是图10所示的光学元件102R以及光调制器103的光路的剖面图。

图12是本发明的一种实施方式涉及的图像投影装置300的剖面图。

图13是图1所示的光学系统100的第6变形例的剖面图。

图14是图13所示的光学元件102以及光调制器元件103、第二光学元件105的光路的剖面图。

图15是图1所示的光学系统100的第7变形例的剖面图。

图16是图15所示的光学元件102、光学元件102B，第二光学元件105以及光调制元件103的光路的剖面图。

图17是图1所示的光学系统100的第8变形例的剖面图。

图18是图17所示的光学元件102、光学元件102C、第二光学元件105以及光调制元件103的光路的剖面图。

图19是图1所示的光学系统100的第9变形例的剖面图。

图20是图19所示的光学元件102R、第二光学元件105以及光调制元件103的光路的剖面图。

图21是图12所示的图像投影装置300的变形例的剖面图。

图22是本发明的一种实施方式涉及的搭载图像投影装置300的车辆400的示意图。

具体实施方式

图1是本发明的一个实施方式涉及的光学系统100的剖面图。

光学系统100包括照射光的光源101、透射或反射入射光的光学元件102、将入射光向彼此方向不同的的第一方向或第二方向射出的光调制元件103、以及将入射光投射到投射对象的作为一例投射光学系统的投射部104。

光源101包括LD(激光二极管)，包括红色(R)、蓝色(B)、绿色(G)三种颜色以一对一对应的三色光源、以及反射光波长及透射光波长为预定的二向色镜。

光学元件102优选以具有量个镜面以上的棱镜构成，在本实施形态中，以全反射三角棱镜单元(所谓的TIR棱镜单元)构成。

光调制元件103由具有以多个微镜组成的略呈矩形的镜面的DMD(数字微镜器件)构成。

在以上构成中，光学元件102用边界面(界面)B反射从光源101照射的照射光250，作为入射光250射往光调制元件103并入射。在光源101和光学元件102之间，也可以设置中继光学系统，将光源101照射的照射光250引导到光学元件102。

光调制元件103通过对各微镜进行时分驱动，在向第一方向反射入射光250而射出第一射出光200、和向第二方向反射入射光250而射出第二射出光201的两者之间切换。光调制元件103射出的第一射出光200的光线和第二射出光201的光线位于入射光250的光线的两侧，也就是说，光调制元件103用使得射出的第二射出光201的光线位于隔着入射光250的光线的第一射出光200的光线的相反一侧的方式来射出第一射出光200和第二射出光201。

光学元件102中，从光调制元件103向第一方向射出的第一射出光200透过界面C及边界面B，从光调制元件103向第二方向射出的第二射出光201在边界面B受到反射。

透过光学元件102的第一射出光200受到导光，入射投射部104后，被投射到投射对象上，受到光学元件102反射的第二射出光201被作为无用光来处理，例如通过入射到机构性褶皱和光吸收带，以防止再反射。

通过以上构成，可以让第二射出光201远离第一射出光200，因而抑制第二射出光201入射投射部104。由此可以增大射出第一射出光200时投射对象的明度和射出第二射出光201时投射对象的明度之间的差异。

而且，由于射往光调制元件103的入射光250的光线位于来自光调制元件103的第一射出光200的光线和第二射出光201的光线之间，因此可以使光路构成及光学元件102配置紧凑。

进而，光调制元件103的入射和射出使用同一个光学元件102，以及用光学元件102的同一个边界面B来反射来自光源101的照射光250和第二射出光201，可以使光学系统100配置紧凑。

另外，边界面B透射第一射出光200，并且反射第二射出光201和照射光250，因此用同一边界面反射·透射，可以使第二射出光201和照射光250位于第一射出光200的同一侧，从而让光学元件102及光学系统100变得紧凑。

图2是图1所示的光学元件102及光调制元件103的光路的剖面图。

首先，光源101的照射光250(实线)以入射角θ1入射折射率n1的外部环境和折射率n2的光学元件102的边界面(界面)A，以θ2受到折射。θ1和θ2之间遵循Snell法则(n2/n1＝sinθ1/sinθ2)。折射率n1和n2的关系为n1＜n2。

具有入射边界面A的θ2的角度成分的光线，以θ3的角度成分到达光学元件102的边界面B。此时在边界面B上θ3相对于全反射条件的临界角θc，采用以下关系，光发生全反射(θ3≧θc:θc[＝arcsin(n1/n2){n1＜n2}])。

在边界面B上全反射的光线以角度θ4到达光学元件102的边界面(界面)C，以折射角θ5向外部环境射出。

然后，以角度θ6到达光调制元件103的表面，作为入射光250入射光调制元件103，受到光调制元件103的反射、调制。

经过光调制元件103调制后的射出光被最小限度地划分为向α方向(第一方向)射出的第一射出光200和向β方向(第二方向)射出的第二射出光201。第一射出光200作为有用光被投射到投射部104，第二射出光201作为无用光被放泄到与投射部104不同的位置上处理。

第一射出光200(虚线)以与光调制元件103表面的法线形成的角α1在光调制元件103受到反射，以入射角α2入射边界面C，以折射角α3进入光学元件102。

而后，第一射出光200入射投射部104，具体而言，以角度α4＜θc到达边界面B，以折射角α5射往外部环境。

对此，第二射出光201(单点划线)以与光调制元件103表面的法线所形成的角β1，受到光调制元件103的反射。在此，第二射出光201的光线隔着入射光250的光线位于第一射出光200的光线的相反一侧，也就是说，第二射出光201的光线和第一射出光200的光线分别位于入射光250的光线的两侧。

第二射出光201以入射角β2入射到边界面C上，以折射角β3进入光学元件102内，以角度β4≥θc到达边界面B，在边界面B上受到全反射，射往边界面A。

然后，第二射出光201在边界面A上以折射角β6射往外部环境。第二射出光201例如入射到机构性的褶皱和光吸收带，以防止再反射。

设在外部环境的折射率n1＝1.00，光学元件的折射率n2＝1.59的条件下，各种参数举例如下。

θc＝38.9{＝arcsin(1.00/1.59)}

θ1＝0

θ2＝0

θ3＝46.2{≥θc}

θ4＝2.4

θ5＝3.8

θ6＝3.8

α1＝27.8

α2＝27.8

α3＝17.0

α4＝26.8{＜θc}

α5＝45.8

β1＝20.2

β2＝20.2

β3＝12.5

β4＝56.4{≥θc}

β5＝10.2

β6＝16.3

通过上述构成，可以借助光学元件102的边界面B，明确分离作为有用光的第一射出光200和作为无用光的第二射出光201，使得第二射出光201远离第一射出光200。由此可以抑制第二射出光201入射投射部104，加大射出第一射出光200时投射对象的明度与射出第二射出光201时投射对象的明度之间的差异。

而且，光调制元件103的入射光250的光线位于在来自光调制元件103的第一射出光200的光线和第二射出光201的光线之间，因此可以使光路构成及光学元件102配置紧凑。

进而，由于光调制元件103的入射和射出使用同一个光学元件102，并且用光学元件102的同一个边界面B反射来自光源101的照射光250和第二射出光201，可以使光学系统100配置紧凑。

另外，由于边界面B透射第一射出光200，而反射第二射出光201及照射光250，因此用同一个边界面反射·透射，可以让第二射出光201和照射光250位于第一射出光200的同一侧，从而让光学元件102及光学系统100变得紧凑。

图3是图1所示的光调制元件103的详细结构示意图。图3(a)是光调制元件103的俯视图，图3(b)是光调制元件103的剖面图。

光调制元件103包括将入射光250调制为朝第一或第二方向射出的可变区域103A和被设置为位于可变区域103A周围、不对入射光250进行调制、而是固定地朝第二方向射出的固定区域103B。

如图1、图2所述，从光调制元件103朝第一方向射出的第一射出光200受到导光，入射投射部104后，投射到投射对象上，从光调制元件103朝第二方向射出的第二射出光201被作为无用光来处理。

在本实施方式中，从固定区域103B射出的光不包含平行于第一射出光200的光，只有平行于第二射出光201的光，因此不会被引导到投射部104。

由此，在从可变区域103A射出作为无用光的第二射出光201时，从固定区域103B射出的光不会被投射到投射对象上，可以增大射出第一射出光200时投射对象的明度与射出第二射出光201时投射对象的明度之间的差异。

图4是图1所示的光学系统100的变形例的一部分构成的剖面图。

图4所示的光学系统100具备包括LED光源光学系统在内的光源101E，用以代替包括图1所示的LD(激光二极管)在内的光源101。

光源101E由发散照射光的LED110和将LED110的照射光缓慢会聚的耦合透镜111组成。此时，相对于耦合透镜111出射的主光线120，从耦合透镜111出射的上光线121和下光线122分别具有10度的角度。

在本变形例中，虽然上光线121和下光线122以相对于主光线120具有10度倾斜，入射光学元件102，但在上光线121和下光线122中与图1、图2的照射光250相同的内容依然成立。

设在外部环境的折射率n1＝1.00，光学元件的折射率n2＝1.59的条件下，主光线120的各种参数举例如下。

θc＝38.9{＝arcsin(1.00/1.59)}

θ1＝0

θ2＝0

θ3＝46.2{≥θc}

θ4＝2.4

θ5＝3.8

θ6＝3.8

α1＝27.8

α2＝27.8

α3＝17.0

α4＝26.8{＜θc}

α5＝45.8

β1＝20.2

β2＝20.2

β3＝12.5

β4＝56.4{≥θc}

β5＝10.2

β6＝16.3

由于上光线121与光学元件102的入射角θ1倾斜10度同义，所以上光线121的各种参数具体举例如。

θ1＝10.0

θ2＝6.3

θ3＝39.9{≥θc}

θ4＝6.3

θ5＝10.0

θ6＝10.0

α1＝17.8

α2＝17.8

α3＝11.1

α4＝32.7{＜θc}

α5＝59.4

β1＝30.2

β2＝30.2

β3＝18.4

β4＝62.2{≥θc}

β5＝16.0

β6＝26.1

下光线122和上光线121相同，各种参数具体举例如下。

θ1＝10.0

θ2＝6.3

θ3＝52.5{≥θc}

θ4＝8.6

θ5＝13.8

θ6＝13.8

α1＝37.8

α2＝37.8

α3＝22.7

α4＝21.1{＜θc}

α5＝35.0

β1＝10.2

β2＝10.2

β3＝6.4

β4＝50.2{≥θc}

β5＝4.0

β6＝6.4

通过上述构成，可以借助光学元件102的边界面B，明确分离作为有用光的第一射出光200和作为无用光的第二射出光201，而使第二射出光201远离第一射出光200。由此，可以抑制第二射出光201入射到投射部104，增大出射第一射出光200时投射对象的明度和出射第二射出光201时投射对象的明度之间的差异。

而且，光调制元件103的入射光250(主光线120)的光线位于来自光调制元件103的第一射出光200的光线和第二射出光201的光线之间，因此可以使光路构成以及光学元件102配置紧凑。

进而，由于光调制元件103的入射和射出使用同一个光学元件102，并且用光学元件102的同一个边界面B反射来自光源101的照射光250和第二射出光201，可以使光学系统100配置紧凑。

另外，由于边界面B透射第一射出光200，反射第二射出光201及照射光250，因此用同一个边界面反射·透射，可以让第二射出光201和照射光250位于第一射出光200的同一侧，从而光学元件102及光学系统100变得紧凑。图5是图1所示的光学系统100的第二个变形例，是光学元件102及光调制元件103M的光路的剖面图。

图5所示的光学系统100具备由MEMS构成的光调制元件103M，用来取代图1所示的DMD(激光二极管)构成的光调制元件103。

经过光调制元件103M调制后的射出光，在α方向(第一方向)和β方向(第二方向)之间扫描。也就是说，经过光调制元件103M调制后的射出光与图2相同，不仅包括朝α方向(第一方向)射出的第一射出光200以及朝β方向(第二方向)射出的第二射出光201，而且还包括向γ方向(第3方向)射出的第3射出光202。

第一射出光200及第二射出光201的光路与图2相同，省略说明。

第3射出光202是光调制元件103M的扫描范围内，即第一射出光200的光线与第二射出光201的光线之间的光线，是光学元件102的边界面B上入射角等于临界角的光路。

第3射出光202以与光调制元件103M表面的法线形成的角γ1，受到光调制元件103M反射，以入射角γ2入射光学元件102的边界面C上，以折射角γ3进入光学元件102内部。

而后，第3射出光202在边界面B以角度γ4＝θc到达边界面B，在边界面B受到全反射，因此朝向光学元件102的边界面A，而不会射出到外部环境。

第3射出光202相对边界面A以角度γ5到达，以折射角γ6出射到外部环境。以该第3射出光202入射边界面B的入射角γ4为界，在与第一射出光200相同地透射边界面B的有用光、和与第二射出光201相同地受到边界面B反射的无用光之间进行切换。

在光调制元件103M的扫描范围为24度(±12度)，外部环境的折射率n1＝1.00，光学元件的折射率n2＝1.59的条件下，各种参数具体举例如下。

θc＝38.9{＝arcsin(1.00/1.59)}

θ1＝0

θ2＝0

θ3＝46.2{≥θc}

θ4＝2.4

θ5＝3.8

θ6＝3.8

α1＝27.8

α2＝27.8

α3＝17.0

α4＝26.8{＜θc}

α5＝45.8

β1＝20.2

β2＝20.2

β3＝12.5

β4＝56.4{>θc}

β5＝10.2

β6＝16.3

γ1＝7.8

γ2＝7.8

γ3＝4.9

γ4＝38.9{＝θc}

γ5＝7.3

γ6＝11.6

通过上述构成，可以借助光学元件102的边界面B，明确地分离作为有用光的第一射出光200和作为无用光的第二射出光201，使得第二射出光201远离第一射出光200。由此可以抑制第二射出光201入射投射部104，加大射出第一射出光200时投射对象的明度与射出第二射出光201时投射对象的明度之间的差异。

而且，光调制元件103的入射光250的光线位于来自光调制元件103的第一射出光200的光线和第二射出光201的光线之间，因此可以使光路构成及光学元件102配置紧凑。

进而，由于光调制元件103M的入射和射出使用同一个光学元件102，并且用光学元件102的同一个边界面B反射来自光源101的照射光250和第二射出光201，可以使光学系统100配置紧凑。

另外，由于边界面B透射第一射出光200，而反射第二射出光201及照射光250，因此用同一个边界面反射·透射，可以让第二射出光201和照射光250位于第一射出光200的同一侧，从而光学元件102及光学系统100变得配置紧凑。

图6是图1所示的光学系统100的第3个变形例的剖面图。

光学系统100除图1所示的构成外，还配备由三角棱镜构成的光学元件102B。光学元件102B让透射光学元件102的第一射出光200透过，透过光学元件102B的第一射出光200受到导光，入射投射部104，投射到投射对象上。如此便于像差补偿和射出方向的调整。

图7是图6所示的光学元件102、光学元件102B以及光调制器元件103的光路的剖面图。图中，用左下放用圆圈围起来的部分是用右上放用圆圈起来的部分放大图。

入射光(照射光)250及第二射出光201的光路与图2相同，因此省略说明。

第一射出光200(虚线)与光调制元件103表面的法线形成角α1，受到光调制元件103反射，以入射角α2入射光学元件102的边界面C，以折射角α3进入光学元件102内。

而后，第一射出光200以角度α4＜θc到达边界面B，以折射角α4'向外部环境射出，然后在光学元件102B的边界面(界面)D上以折射角α4'入射。光学元件102B的折射率n2，边界D与边界面(界面)E之间的夹角为φ。

光学元件102和光学元件102B之间为折射率n1的空气层，光学元件102和光学元件102B被配置为光学元件102的边界面B与光学元件102B的边界面D平行，因此边界面B的入射角α4和边界面D的折射角α5相等。光学元件102和光学元件102B之间的空气层越厚，对投射图像的影响越大，因此空气层的距离L优选为10μm以下。

第一射出光200以折射角α5在光学元件102B内前进，以角度α6＜θc到达光学元件102B的边界面E，在折射角α7上射出到外部环境，入射投射部104。

设在外部环境的折射率n1＝1.00，光学元件的折射率n2＝1.59的条件下，各种参数具体举例如下。

θc＝38.9{＝arcsin(1.00/1.59)}

φ＝40.0

θ1＝0

θ2＝0

θ3＝46.2{≥θc}

θ4＝2.4

θ5＝3.8

θ6＝3.8

α1＝27.8

α2＝27.8

α3＝17.0

α4＝26.8{＜θc}

α4'＝45.8

α5＝26.8

α6＝13.2{＜θc}

α7＝21.3

β1＝20.2

β2＝20.2

β3＝12.5

β4＝56.4{≥θc}

β5＝10.2

β6＝16.3

图8是图1所示的光学系统100的第4个变形例的剖面图。

光学系统100配备由三角棱镜构成的光学元件102C，用以取代图6所示的光学元件102B。光学元件102C反射·透射光学元件102的第一射出光200，受到光学元件102B反射的第一射出光200受到导光，入射投射部104后，被投射到投射对象上。

通过以上构成，可以使得第二射出光201进一步远离第一射出光200，因而抑制第二射出光201入射投射部104。由此，可以确实地增大射出第一射出光200时投射对象的明度与出射第二射出光201时的投射对象明度之间的差异。

图9表示的是图8所示的光学元件102、光学元件102C以及光调制元件103的光路的剖面图。图中，左下方用圆圈围起来的部分是右上方用圆圈起来的部分的放大图。

入射光(照射光)250及第二射出光201的光路与图2相同，因此省略说明。

第一射出光200(虚线)以与光调制元件103表面的法线所形成的角α1受到光调制元件103反射，以入射角α2入射光学元件102的边界面C，以折射角α3进入到光学元件102内。

而后，第一射出光200以角度α4＜θc到达边界面B，用折射角α4'射出外部环境，然后，以折射角α4'入射光学元件102C的边界面D。光学元件102C是折射率n2，边界D与边界面E的夹角为φ。

光学元件102和光学元件102C之间为折射率n1的空气层，光学元件102和光学元件102C被配置为光学元件102的边界面B和光学元件102C的边界面D平行，因此边界面B的入射角α4和边界面D的折射角α5相等。光学元件102和光学元件102C之间的空气层越厚，对投影图像的影响越大，因此空气层的距离L优选为10μm以下。

第一射出光200以折射角α5在光学元件102C内前进，以角度α6≥θc到达光学元件102C的边界面E。之后，第一射出光200在边界面E受到全反射后，以角度α6’到达边界面(界面)F，以折射角α7向外部环境射出，入射到投射部104。

设在外部环境的折射率n1＝1.00，光学元件的折射率n2＝1.59的条件下，各种参数具体举例如下。

θc＝38.9{＝arcsin(1.00/1.59)}

φ＝100.0

θ1＝0

θ2＝0

θ3＝46.2{≥θc}

θ4＝2.4

θ5＝3.8

θ6＝3.8

α1＝27.8

α2＝27.8

α3＝17.0

α4＝26.8{＜θc}

α4'＝45.8

α5＝26.8

α6＝73.2{≥θc}

α6'＝23.2

α7＝38.9

β1＝20.2

β2＝20.2

β3＝12.5

β4＝56.4{≥θc}

β5＝10.2

β6＝16.3

通过以上构成，可以使第二射出光201进一步远离第一射出光200。

图10是图1所示的光学系统100的第5个变形例的剖面图。光学系统100配备由三角棱镜构成的光学元件102R，用以取代图1所示的光学元件102。

光学元件102R在界面A上反射从光调制元件103向第一方向射出的第一射出光200，光源101的照射光250以及从光调制元件103向第二方向射出的第二射出光201透过边界面A和边界面B。

由光学元件102R反射的第一射出光200受到导光，入射投射部104后，被投射到投射对象上，透过光学元件102R的第二射出光201被作为无用光处理，例如可以通过入射到机构性褶皱和光吸收带，以防止再反射。

光调制元件103以使得第二射出光201的光线位于隔着入射光250的光线的第一射出光200的光线的相反侧的方式，射出第一、第二射出光200、201。也就是说，光调制元件103射出的第一、第二射出光200、201的光线分别位于入射光250的光线的两侧。

进而，光学元件102R将光源101的照射光250作为入射光250射向并透过光调制元件103。

以上构成使得第二射出光201远离第一射出光200，因而可以抑制第二射出光201入射投射部104。由此可以增大射出第一射出光200时投射对象的明度和射出第二射出光201时投射对象的明度之间的差异。

而且，光调制元件103的入射光250的光线位于来自光调制元件103的第一射出光200的光线和第二射出光201的光线之间，因此可以使光路构成及光学元件102R配置紧凑。

进而，由于光调制元件103的入射和射出使用同一个光学元件102R，因而可以使光学系统100配置紧凑。

图11是图10所示的光学元件102R及光调制器元件103的光路的剖面图。

首先，光源的照射光250(实线)以入射角θ1入射折射率n1的外部环境和折射率n2的光学元件102R的边界面A上，以θ2折射。该入射面的边界面A上遵循Snell法则。在此，折射率n1和n2的关系为n1＜n2。

具有入射边界A的θ2的角度成分的光线以θ3的角度成分到达光学元件102R的边界B。此时，θ3相对于全反射条件的临界角θc，采用以下关系，光透过边界面B(θ3＜θc:θc[＝arcsin(n1/n2){n1＜n2}])。

透过边界面B的光线以折射角θ4向外部环境射出。然后，以角度θ5到达光调制元件103的表面，作为入射光250入射光调制元件103，受到光调制元件103的反射、调制。

经过光调制元件103调制的射出光被最小限度地分为向α方向(第一方向)射出的第一射出光201和向β方向(第二方向)射出的第二射出光201。第一射出光200作为有用光被引导到投射部104，第二射出光201作为无用光被放泄到与投射部104不同的位置进行处理。

第一射出光200(虚线)以与光调制元件103表面的法线形成的角α1受到光调制元件103反射，以入射角α2入射边界面B，以折射角α3在光学元件102R内行进。

之后，第一射出光200以角度α4≥θc到达边界面A，受到全反射，射往边界面C。

然后，第一射出光200在边界面C上以折射角α6射出到外部环境，入射投射部104。

对此，第二射出光201以与光调制元件103表面的法线形成的角β1受到光调制元件103反射，以入射角β2入射到边界面B，以折射角β3在光学元件102R内行进。

之后，第二射出光201以角度β4＜θc到达边界面A，以折射角β5出射到外部环境。

设在外部环境的折射率n1＝1.00，光学元件的折射率n2＝1.59的条件下，各种参数具体例举如下。

θc＝38.9{＝arcsin(1.00/1.59)}

θ1＝46.0

θ2＝26.9

θ3＝3.1{＜θc}

θ4＝5.0

θ5＝5.0

α1＝29.0

α2＝29.0

α3＝17.7

α4＝47.7{≥θc}

α5＝12.3

α6＝19.8

β1＝19.0

β2＝19.0

β3＝11.8

β4＝18.2{＜θc}

β5＝29.8

通过上述构成，可以借助光学元件102R的边界面A，明确分离作为有用光的第一射出光200和作为无用光的第二射出光201，使得第二射出光201远离第一射出光200。

而且，光调制元件103的入射光250的光线位于来自光调制元件103的第一射出光200的光线和第二射出光201的光线之间，因此可以使光路构成及光学元件102R配置紧凑。

进而，由于光调制元件103的入射和射出使用同一个光学元件102R，可以使光学系统100配置紧凑。

另外，由于光学元件102R的边界面A反射第一射出光200，而透射第二射出光201及照射光250，因此用同一个边界面反射·透射，可以让第二射出光201和照射光250位于第一射出光200的同一侧，从而光学元件102及光学系统100变得配置紧凑。

以上说明的本实施方式涉及的光学系统100，在边界面不具有特征的情况下，光源101的照射光也可以不通过光学元件102、102R入射光调制元件103。此时，光调制元件103也可以由让入射光向彼此方向不同的第一方向或第二方向透过射出的透射型构成。另外，本实施方式中的光源101不限于LD、LED，也可以使用有机EL元件等其他发光元件。

图12是显示作为本发明的一个实施方式的图像投影装置300的剖面图。

图像投影装置300为前置投影型投影机，在屏幕400上投射图像。设想图像投影装置300被安装在汽车上，但并不局限于此，可用于各种用途，也可配备在摩托车和飞机等上。

图12所示的图像投影装置300具有光源101、中继光学系统301、光学元件102、光调制元件103、投射光学系统104。

光源101、光学元件102、光调制元件103以及投射光学系统104，与图1～11中说明的光学系统100中的光源101、光学元件102、102R、光调制元件103以及投射光学系统104构成相同。

光源101包括红色(R)、蓝色(B)、绿色(G)三种颜色一对一对应的三个光源11R、11B、11G、以及反射光的波长和透射光的波长为预定的二向色镜12、13。

中继光学系统301包括蝇眼透镜14、电容透镜15、反折镜16，光源101的照射光250被引导射往光学元件102。

光调制元件103根据图像数据对入射光250进行调制。光调制元件103由DMD构成，根据输入的图像数据对各微镜进行时分驱动，从而将光加工成基于图像数据的图像后进行反射。在上述结构中，光学元件102的边界面B反射经过中继光学系统301导光的照射光250，而后作为入射光250入射光调制元件103。

光调制元件103在通过时分驱动各微镜向第一方向反射入射光250而射出第一射出光200、和向第二方向反射入射光250而射出第二射出光201之间进行切换。光调制元件103以使得射出的第二射出光201的光线位于隔着入射光250的光线的第一射出光200的光线的相反一侧的方式来射出第一射出光200和第二射出光201。也就是说，光调制元件103射出的第一射出光200的光线和第二射出光201的光线位于入射光250的光线的两侧。光学元件102透射从光调制元件103射往第一方向的第一射出光200，而在边界面B上反射从光调制元件103向第二方向射出的第二射出光201。

透过光学元件102的第一射出光200作为形成基于图像数据的图像的ON光，被投射到投射部104，向第二方向射出的第二射出光201被作为不形成图像的OFF光处理，例如也可以通过入射到机构性褶皱或光吸收带，以防止再反射。

投射部104将第一射出光200投射到屏幕400上，形成图像(基于输入的图像数据的图像)。屏幕400可以是多层阵列(MLA)。

通过上述构成，借助于光学元件102的边界面B，能够明确分离作为形成图像的ON光的第一射出光200，和作为不形成图像的OFF光的第二射出光201，使第二射出光201远离第一射出光200。由此，可以抑制第二射出光201入射投射部104，增大射出第一射出光200时屏幕400的明度和射出第二射出光201时屏幕400的明度之间的差异。因此，可以提高投射到屏幕400上的图像的质量。

而且，光调制元件103的入射光250的光线位于来自光调制元件103的第一射出光200的光线和第二射出光201的光线之间，因此可以使光路构成及光学元件102配置紧凑。

进而，光调制元件103的入射和射出使用同一个光学元件102，而且用光学元件102的同一个边界面B来反射来自光源101的照射光250和第二射出光201，可以使光学系统的100配置紧凑。

另外，边界面B透射第一射出光200，而反射第二射出光201以及照射光250，因此用同一个边界面反射·透射，可以使第二射出光201和照射光250位于第一射出光200的同一侧，从而光学元件102及光学系统100变得配置紧凑。

图13是图1所示的光学系统100的第6个变形例的剖面图。

光学系统100除图1所示的配置外，还具备光学元件102和光调制元件103之间配置的第二光学元件105。第二光学元件105由平行配置在光调制元件103的表面(基板)上的盖玻片构成，在受到光学元件102反射的照射光205入射第二光学元件105后向光调制元件103射出的同时，第一射出光200及第二射出光201入射后，向光学元件102射出。

在上述构成中，光学元件102用边界面B反射光源101的照射光250，使照射光250入射第二光学元件105。第二光学元件102让受到光学元件102的边界B反射的照射光250透过，作为入射光250入射光调制元件103。受到光学元件102的边界面B反射的照射光250的一部分未透过第二光学元件105，而是在第二光学元件105的表面受到反射，成为反射光251。

光调制元件103以使得射出的第二射出光201的光线位于隔着入射光250的光线的第一射出光200的光线的相反一侧的方式来射出第一射出光200和第二射出光201，也就是说，光调制元件103射出的第一射出光200的光线和第二射出光201的光线位于入射光250的光线的两侧。第二光学元件105让从光调制元件103射出的第一射出光200及第二射出光201透过，向光学元件102射出。

光学元件102在边界面C及边界面B上透射第一射出光200，而在边界面B上反射反射光251及第二射出光201。

透射光学元件102的第一射出光200受到导光，入射投射部104，投射到投射对象上，受到光学元件102反射的反射光251及第二射出光201作为无用光被处理，例如入射到机构性褶皱和光带，以防止再反射。

通过以上述构成，可使得作为无用光的反射光251及第二射出光201远离第一射出光200，因此抑制反射光251及第二射出光201入射到投射部104。由此，可以增大射出第一射出光200时投射对象的明度和射出第二射出光201时投射对象的明度之间的差异。

因此，即使在投射部104靠近光学元件102的情况下，也可以抑制无用光入射投射部104，因此光学元件102和投射部104可以彼此接近。这样，不仅能够使光学系统100配置紧凑，而且还能够提高倍率，便于实现投影对象广角化。

而且，光调制元件103的入射光250的光线及反射光251的光线位于来自光调制元件103的第一射出光200的光线和第二射出光201的光线之间，因此可以使光路构成及光学元件102配置紧凑。

进而，光调制元件103入射和射出使用同一个光学元件102，以及用光学元件102的同一个边界B反射从光源101的照射光250、第二射出光201以及反射光251，可使光学系统100配置紧凑。

此外，边界面B透射第一射出光200，而反射照射光250、第二射出光201以及反射光251，因此，在同一个边界面上反射·透射，可以使照射光250、第二射出光201以及反射光251位于第一射出光200的同一侧，从而光学元件102及光学系统100变得配置紧凑。

图14是显示图13所示的光学元件102、第二光学元件105以及光调制元件103的光路的剖面图。

首先，光源101的照射光250(实线)，以入射角θ1入射折射率n1的外部环境和折射率n2的光学元件102的边界面A，以θ2上折射。θ1和θ2之间遵循Snell法则(n2/n1＝sinθ1/sinθ2)。折射率n1和n2的关系为n1＜n2。

具有入射边界面A的θ2的角度成分的光线，以θ3的角度成分到达光学元件102的边界面B。此时，设定边界面B上发生全反射的条件的临界角为θc，因此光线全反射(θ3≧θc:θc[＝arcsin(n1/n2){n1＜n2}])。

边界面B受到全反射的光线以角度θ4到达光学元件102的边界面C，以折射角θ5向外部环境射出。

然后，透过第二光学元件105，以角度θ6到达光调制元件103的表面，作为入射光250入射光调制元件103，在光调制元件103上受到反射、调制。

经过光调制元件103调制后的射出光被最小限度地分为向α方向(第一方向)射出的第一射出光200和向β方向(第二方向)射出的第二射出光201。

此时，在γ方向(第三方向)上不透过第二光学元件105，而是受到第二光学元件105的表面反射的反射光251射出。第一射出光200作为有用光被引导到投射部104，第二射出光201及反射光251作为无用光被放泄到与投射部104不同的位置进行处理。

第一射出光200(虚线)以与光调制元件103表面的法线形成的角α1受到光调制元件103反射，以入射角α2入射边界面C，以折射角α3进入光学元件102内。

之后，第一射出光200以角度α4＜θc到达边界面b，以折射角α5射出外部环境，入射投射部104。

对此，第二射出光201以与光调制元件103表面的法线形成的角β1受到光调制元件103反射，在此，第二射出光201的光线和第一射出光200的光线位于入射光250的光线的两侧，即第二射出光201的光线隔着第一射出光200的光线，位于入射光250的光线的相反一侧。

第二射出光201以入射角β2入射边界面C，以折射角β3进入光学元件102内，以角度β4≥θc到达边界面B，在该边界面B上发生全反射，朝向边界面A。

然后，第二射出光201在边界面A上以折射角β6向外部环境射出。第二射出光201例如通过入射到机构性褶皱和光吸收带，以防止再反射。

反射光251在第二光学元件105的表面上以反射角γ1受到反射。此后，反射光251以入射角γ2入射边界面C，以折射角γ3进入光学元件102内，以角度γ4≥θc到达边界面B，在边界面B内全反射，朝向边界面A。

反射光251以角度γ5到达边界面A，以折射角γ6向外部环境射出。与第二射出光201相同，反射光251例如通过入射机构性褶皱和光带，以防止再反射。

设在外部环境的折射率n1＝1.00，光学元件的折射率n2＝1.64、光调制元件103的调制角为单侧12度的条件下，各种参数具体例举如下。

θc＝37.6{＝arcsin(1.00/1.6)}

θ1＝0

θ2＝0

θ3＝45.0{≥θc}

θ4＝0

θ5＝0

θ6＝0

α1＝24.0

α2＝24.0

α3＝14.3

α4＝30.7{＜θc}

α5＝56.9

β1＝24.0

β2＝24.0

β3＝14.3

β4＝59.3{≥θc}

β5＝14.3

β6＝24.0

γ1＝0

γ2＝0

γ3＝0

γ4＝45.0{≥θc}

γ5＝0

γ6＝0

如上所述，如果边界面B的入射角一致，或界面B的透过、全反射的条件成立，还可以去除除第二光学元件105以外的表面反射·散射光之类的其他无用光。

通过上述构成，可以借助于光学元件102的边界面B，明确分离作为有用光的第一射出光200和作为无用光的反射光251以及第二射出光201，使得反射光251以及第二射出光201远离第一射出光200。由此，可以抑制反射光251及第二射出光201入射投射部104，增大出射第一射出光200时投射对象的明度与出射第二射出光201时投射对象的明度之间的差异。

为此，即使在投射部104靠近光学元件102的情况下，也可抑制无用光入射投射部104，所以光学元件102和投射部104可以彼此接近。这样，不仅能够使得光学系统100配置紧凑，而且还能够提高倍率，便于实现投影对象广角化。

而且，光调制元件103的入射光250的光线及反射光251的光线位于来自光调制元件103的第一射出光200的光线和第二射出光201的光线之间，因此可以使光路构成及光学元件102配置紧凑。

进而，光调制元件103入射和射出使用同一个光学元件102，以及用光学元件102的同一个边界B反射从光源101的照射光250、第二射出光201以及反射光251，可使光学系统100配置紧凑。

此外，边界面B透射第一射出光200，而反射照射光250、第二射出光201以及反射光251，因此通过在同一边界面上反射·透射，可以使照射光250、第二射出光201以及反射光251位于第一射出光200的同一侧，从而使光学元件102及光学系统100变得配置紧凑。

接下来说明图13和图14所示的光学系统100具备包括如图4所示的LED光源光学系统的光源101E，用以代替包括LD(激光二极管)的光源101。

设在外部环境的折射率n1＝1.00，光学元件的折射率n2＝1.64，光调制元件103的调制角为单侧12度的条件下，主光线120的各种参数具体例举如下。

θc＝37.6{＝arcsin(1.00/1.64)}

θ1＝0

θ2＝0

θ3＝45.0{≥θc}

θ4＝0

θ5＝0

θ6＝0

α1＝24.0

α2＝24.0

α3＝14.3

α4＝30.7{＜θc}

α5＝56.9

β1＝24.0

β2＝24.0

β3＝14.3

β4＝59.3{≥θc}

β5＝14.3

β6＝24.0

γ1＝0

γ2＝0

γ3＝0

γ4＝45.0{≥θc}

γ5＝0

γ6＝0

由于与上光线121相对于光学元件102的入射角θ1倾斜10度同义，所以上光线121的各种参数具体举例如下。

θ1＝10.0

θ2＝6.1

θ3＝38.9{≥θc}

θ4＝6.1

θ5＝10.0

θ6＝10.0

α1＝14.0

α2＝14.0

α3＝8.5

α4＝36.5{＜θc}

α5＝80.0

β1＝34.0

β2＝34.0

β3＝19.9

β4＝64.9{≥θc}

β5＝19.9

β6＝34.0

γ1＝10.0

γ2＝10.0

γ3＝6.1

γ4＝51.1{≥θc}

γ5＝6.1

γ6＝10.0

下光线122也和上光线121相同，各种参数具体举例如下。

θ1＝10.0

θ2＝6.1

θ3＝51.1{≥θc}

θ4＝6.1

θ5＝10.0

θ6＝10.0

α1＝34.0

α2＝34.0

α3＝19.9

α4＝25.1{＜θc}

α5＝44.2

β1＝14.0

β2＝14.0

β3＝8.5

β4＝53.5{≥θc}

β5＝8.5

β6＝14.0

γ1＝10.0

γ2＝10.0

γ3＝6.1

γ4＝38.9{≥θc}

γ5＝6.1

γ6＝10.0

如上所述，如果边界面B的入射角一致，或界面B的透过、全反射的条件成立，还可以去除除第二光学元件105以外的表面反射·散射光之类的其他无用光。

在本实施方式中，由于光调制元件103的调制角为单侧12度，所以第一射出光200的主光线120的延长线与反射光251的主光线120的延长线之间的夹角为24度(一半的角度为12度)。对此，各光的主光线120与上光线121或与下光线122之间的夹角为10度。

如果第一射出光200和反射光251各自的主光线120与上光线121或与下光线122之间的夹角，为第一射出光200的主光线120的延长线与表面反射光251的主光线120的延长线之间的夹角的一半以下，则也可以使上述以外的角度。

由此，作为有用光的第一射出光200和作为无用光的反射光251可以以第一光学元件102的边界面B为界分离，而不会混在一起，能够增大第一射出光200射出时投射对象的明度与第二射出光201射出时投射对象的明度之间的差异。

图15是图1所示的光学系统100的第7个变形例的剖面图。光学系统100除了图1所示的光学系统100的第6个变形例图13所示的构成之外，还具有与图6相同的由三角棱镜构成的光学元件102B。光学元件102B让透过光学元件102的第一射出光200透过，透射光学元件102B的第一射出光200受到导光，入射投射部104，投射到投射对象上。这样，便于像差补偿和射出方向的调整。

图16是显示图15所示的光学元件102、光学元件102B、第二光学元件105以及光调制元件103的光路的剖面图。图中左下方用圆圈围起来的部分是右上方用圆圈起来的部分放大图。

入射光(照射光)250、第二射出光201、反射光251的光路与图14相同，因此省略说明。

第一射出光200(虚线)以与光调制元件103表面的法线所形成的角α1受到光调制元件103反射，以入射角α2入射光学元件102的边界面C，以折射角α3进入光学元件102内。

之后，第一射出光200以角度α4＜θc到达边界面B，以折射角α4'向外部环境射出，然后在光学元件102B的边界面D上以折射角α4'入射。光学元件102B的折射率为n2，边界D和边界面E之间的夹角为φ。

光学元件102和光学元件102B之间为折射率n1的空气层，光学元件102和光学元件102B配置为光学元件102的边界面B与光学元件102B的边界面D平行，因此向边界面B的入射角α4和边界面D的折射角α5相等。光学元件102和光学元件102B之间的空气层越厚，对投射图像的影响越大，因此空气层的距离L优选为10μm以下。

第一射出光200以折射角α5在光学元件102B内前进，以角度α6＜θc到达光学元件102B的边界面E，以折射角α7向外部环境射出，入射投射部104。

设在外部环境的折射率n1＝1.00，光学元件的折射率n2＝1.64，光调制元件103的调制角为单侧12度的条件下，各种参数具体例举如下。

θc＝37.6{＝arcsin(1.00/1.64)}

φ＝30.7

θ1＝0

θ2＝0

θ3＝45.0{≥θc}

θ4＝0

θ5＝0

θ6＝0

α1＝24.0

α2＝24.0

α3＝14.3

α4＝30.7{＜θc}

α4'＝56.9

α5＝30.7

α6＝0{θc}

α7＝0

β1＝24.0

β2＝24.0

β3＝14.3

β4＝59.3{≥θc}

β5＝14.3

β6＝24.0

γ1＝0

γ2＝0

γ3＝0

γ4＝45.0{≥θc}

γ5＝0

γ6＝0

图17是图1所示的光学系统100的第8个变形例的剖面图。光学系统100在图1所示的光学系统100的第7个变形例图15所示的构成中，具有与图8相同的由三角棱镜构成的光学元件102C，用以代替光学元件102B。光学元件102C反射·透射光学元件102的第一射出光200，受到光学元件102B反射的第一射出光200被引导入射投射部104，投射到投射对象上。

上述构成，可以使第二射出光201及反射光251远离第一射出光200，因此可以抑制第二射出光201及反射光251入射投射部104。由此，可以确实地增大第一射出光200射出时投射对象的明度与第二射出光201射出时投射对象的明度之间的差异。

图18表示的是图17所示的光学元件102、光学元件102C、第二光学元件105以及光调制元件103的光路的剖面图。图中，左下方用圆圈围起来的部分是右上方用圆圈起来的部分放大图。

入射光(照射光)250、第二射出光201、反射光251的光路与图14相同，因此省略说明。

第一射出光200(虚线)以与光调制元件103表面的法线所形成的角α1受到光调制元件103反射，以入射角α2入射光学元件102的边界面C，以折射角α3进入光学元件102。

之后，第一射出光200以角度α4＜θc到达边界面B，以折射角α4'向外部环境射出，然后，以折射角α4'入射光学元件102C的边界面D。光学元件102C的折射率n2，边界D与边界面E之间的夹角为φ。

光学元件102和光学元件102C之间为折射率n1的空气层，光学元件102和光学元件102C被配置为光学元件102的边界面B和光学元件102C的边界面D平行，因此边界面B的入射角α4和边界面D的折射角α5相等。光学元件102和光学元件102C之间的空气层越厚，对投影图像的影响越大，因此空气层的距离L优选为10μm以下。

第一射出光200以折射角α5在光学元件102C内前进，以角度α6≥θc到达光学元件102C的边界面E。之后，第一射出光200在边界面E受到全反射后，以角度α6’到达边界面(界面)F，以折射角α7向外部环境射出，入射到投射部104。

设在外部环境的折射率n1＝1.00，光学元件的折射率n2＝1.64，光调制元件103的调制角为单侧12度的条件下，各种参数具体例举如下示。

θc＝37.6{＝arcsin(1.00/1.64)}

φ＝90.0

θ1＝0

θ2＝0

θ3＝45.0{≥θc}

θ4＝0

θ5＝0

θ6＝0

α1＝4.0

α2＝24.0

α3＝14.3

α4＝30.7{＜θc}

α4'＝56.9

α5＝30.7

α6＝59.3{≥θc}

α6'＝9.3

α7＝15.5

β1＝24.0

β2＝24.0

β3＝14.3

β4＝59.3{≥θc}

β5＝14.3

β6＝24.0

γ1＝0

γ2＝0

γ3＝0

γ4＝45.0{≥θc}

γ5＝0

γ6＝0

上述构成可以使第二射出光201及反射光251进一步远离第一射出光200。

图19是图1所示的光学系统100的第9个变形例的剖面图。

光学系统100在图1所示的光学系统100的第6个变形例图13中显示的构成中，具备具有与图10相同的由三角棱镜构成的光学元件102R，用以代替光学元件102。

光学元件102R在边界面A上反射第一射出光200，而在边界面A及边界面B上透射光源101的照射光250、反射光251以及第二射出光201。

经过光学元件102R反射的第一射出光200受到导光，入射投射部104，投射到投射对象，透射光学元件102R的反射光251及第二射出光201被作为无用光处理，也可以例如入射机构性褶皱和光吸收带，防止再反射。

而且，光调制元件103以使得射出的第二射出光201的光线位于隔着入射光250的光线的第一射出光200的光线的相反一侧的方式来射出第一射出光200和第二射出光201，也就是说，光调制元件103射出的第一射出光200的光线和第二射出光201的光线分别位于入射光250的光线的两侧。

进而，光学元件102R透射光源101的照射光250，作为入射光250射往光调制元件103。

通过上述构成，可使得作为无用光的反射光251及第二射出光201远离第一射出光200，由此抑制反射光251及第二射出光201入射投射部104。由此，可以增大射出第一射出光200时投射对象的明度和射出第二射出光201时投射对象的明度之间的差异。

因此，即使在投射部104靠近光学元件102的情况下，也可以抑制无用光入射投射部104，因而光学元件102和投射部104可以互相接近。这样，不仅能够使光学系统100配置紧凑，而且还能够提高倍率，便于实现投影对象广角化。

而且，光调制元件103的入射光250的光线及反射光251的光线位于来自光调制元件103的第一射出光200的光线和第二射出光201的光线之间，因此可以使光路构成及光学元件102配置紧凑。

进而，光调制元件103入射和射出使用同一个光学元件102R，可使光学系统100配置紧凑。

图20是显示图19所示的光学元件102R、第二光学元件105以及光调制元件103的光路的剖面图。

首先，光源的照射光250(实线)以入射角θ1入射折射率n1的外部环境和折射率n2的光学元件102R之间的边界面A，以θ2折射。在该入射面的边界面A遵循Snell法则。折射率n1和n2之间的关系为n1＜n2。

具有入射到边界A的θ2的角度成分的光线以θ3的角度成分到达光学元件102R的边界面B。此时，θ3相对于全反射条件的临界角θc，采用以下关系，光透过边界面B(θ3＜θc:θc[＝arcsin(n1/n2){n1＜n2}])。

透过边界面B的光线以折射角θ4向外部环境射出。然后，透过第二光学元件105，以角度θ5到达光调制元件103的表面，作为入射光250入射到光调制元件103，在光调制元件103上受到反射、调制。

经过光调制元件103调制后的射出光被最小限度地分为向α方向(第一方向)射出的第一射出光200和向β方向(第二方向)射出的第二射出光201。

另外，此时在γ方向(第3方向)上未透过第二光学元件105，而是在第二光学元件105的表面上受到反射的反射光251射出。第一射出光200作为有用光被引导到投射部104，第二射出光201及反射光251作为无用光被放泄到与投射部104不同的位置进行处理。

第一射出光200(虚线)以与光调制元件103表面的法线形成的角α1在光调制元件103受到反射，以入射角α2入射边界面C，以折射角α3进入光学元件102。

之后，第一射出光200以角度α4≥θc到达边界面A，受到全反射后，射往边界面C。然后，第一射出光200在边界面C上以折射角α6向外部环境射出，入射投射部104。

对此，第二射出光201以与光调制元件103表面的法线形成的角β1，受到光调制元件103反射，以入射角β2入射边界面B，以折射角β3在光学元件102R内前进。

之后，第二射出光201以角度β4＜θc到达边界面A，以折射角β5向外部环境射出。

反射光251在第二光学元件105的表面以反射角γ1受到反射。之后，反射光251以入射角γ2入射边界面B，以折射角γ3进入光学元件102R，以角度γ4＜θc到达边界面A，以折射角γ5向外部环境射出。

设在外部环境的折射率n1＝1.00，光学元件的折射率n2＝1.59，光调制元件103的调制角为单侧12度的条件下，各种参数具体例举如下。

θc＝38.9{＝arcsin(1.00/1.59)}

θ1＝46.0

θ2＝26.9

θ3＝3.1{＜θc}

θ4＝5.0

θ5＝5.0

α1＝29.0

α2＝29.0

α3＝17.7

α4＝47.7{≥θc}

α5＝12.3

α6＝19.8

β1＝19.0

β2＝19.0

β3＝11.8

β4＝18.2{＜θc}

β5＝29.8

γ1＝5.0

γ2＝5.0

γ3＝3.1

γ4＝33.1{＜θc}

γ5＝60.4

关于上述，如果边界面A的入射角一致，或边界面A上的透过、全反射的条件成立，也可以去除除第二光学元件105以外的表面反射、散乱光等其他无用光。

通过以上构成，可以借助于光学元件102R的边界面A，明确分离作为有用光的第一射出光200和作为无用光的反射光251以及第二射出光201，使得反射光251以及第二射出光201远离第一射出光200。由此，可以抑制反射光251及第二射出光201入射投射部104，使得反射光251及第二射出光201远离第一射出光200。

为此，即使在投射部104靠近光学元件102的情况下，也可以抑制无用光入射投射部104，所以光学元件102和投射部104可以彼此接近。这样，不仅能够使得光学系统100配置紧凑，而且还能够提高倍率，便于实现投影对象广角化。

然后，光调制器103的入射光250的光线及反射光251的光线位于来自光调制元件103的第一射出光200的光线和第二射出光201的光线之间，因此可以使光路构成及光学元件102R配置紧凑。

而且，光调制元件103的入射和射出使用同一个光学元件102R，能够使光学系统100配置紧凑。

另外，由于光学元件102R的边界面A反射第一射出光200，而透射照射光250、第二射出光201以及反射光251，所以通过同一个边界面反射·透射，可以使照射光250、第二射出光201以及反射光251第一射出光200位于同一侧，使光学元件102R及光学系统100变得配置紧凑。

以上说明的本实施方式的光学系统100也可以不借助于光学元件102、102R，让光源101照射的照射光入射光调制元件103。此时，光调制元件103也可以由让入射光以互相方向不同的第一方向或第二方向透过、射出的透射型构成。

本实施方式中的光源101不限于LD、LED，也可以使用有机EL元件等其他发光元件。

图21是图12所示的图像投影装置300的变形例的剖面图。

图像投影装置300除图12所示的构成以外，还具有第二光学元件105。第二光学元件105与图13～20中说明的光学系统100中的第二光学元件105相同构成。

通过上述构成，可以借助于光学元件102的边界面B，明确分离作为形成图像的ON光的第一射出光200和作为不形成图像的OFF光的第二射出光201以及反射光251，使得第二射出光201及反射光251离远第一射出光200。由此，可以抑制第二射出光201及反射光251入射投射部104，增大射出第一射出光200时屏幕400的明度与射出第二射出光201时屏幕400的明度之间的差异。因此，可以提高投射到屏幕400上的图像的质量。

为此，即使将投射部104靠近光学元件102，也可以抑制无用光入射投射部104，所以光学元件102和投射部104可以彼此接近。这样，不仅能够使光学系统100配置紧凑，而且还能够提高倍率，便于实现投影对象的广角化。

而且，光调制元件103的入射光250的光线及反射光251的光线位于来自光调制元件103的第一射出光200的光线和第二射出光201的光线之间，因此可以使光路构成及光学元件102配置紧凑。

进而，在光调制元件103的入射和出射使用同一个光学元件102，以及光源101的照射光250和第二射出光201以及反射光251在光学元件102的同一个边界面B受到反射，能够使光学系统100配置紧凑。

此外，边界面B透射第一射出光200，而反射照射光250、第二射出光201以及反射光251，因此通过在同一边界面上反射·透射，可以使照射光250、第二射出光201以及反射光251位于第一射出光200的同一侧，从而可以使光学元件102及光学系统100变得配置紧凑。

图22是作为本发明的一个实施方式的、搭载了图像投影装置300的移动体400的示意图。

车辆(移动体)400具有用来投射图像的图像投影装置300、以及用来反射图像投影装置300所形成的图像301’的光学部件401A、401B、401C(前挡风玻璃)，可以让坐在车辆400上的乘客501认知数米前方的虚像600。图像投影装置300与图12及图21中所说明的图像投影装置300相同构成。

通过上述构成，可以借助于光学元件102的边界面B，明确分离作为形成图像的ON光的第一射出光200和作为不形成图像的OFF光的第二射出光201以及反射光251，使得第二射出光201及反射光251离远第一射出光200。由此，可以抑制第二射出光201及反射光251入射投射部104，增大射出第一射出光200时屏幕400的明度与射出第二射出光201时屏幕400的明度之间的差异。因此，可以提高虚像600的图像质量。

为此，即使将投射部104靠近光学元件102，也可以抑制无用光入射投射部104，所以光学元件102和投射部104可以彼此接近。这样，不仅能够使光学系统100配置紧凑，而且还能够提高倍率，便于实现投影对象的广角化。

而且，光调制元件103的入射光250的光线及反射光251的光线位于来自光调制元件103的第一射出光200的光线和第二射出光201的光线之间，因此可以使光路构成及光学元件102配置紧凑。

如上所述，根据本发明的一种实施方式涉及的光学系统100具备，光调制元件103，使入射光250向彼此不同方向的第一方向或第二方向射出；以及，光学元件102、102R，将光源101的照射光250作为入射光250，射往光调制元件103，光学元件102、102R具有边界面,该边界面透射第一光和第二光的两者之中的一方，而反射另一方，所述第一光是从光调制器件103向第一方向射出并被引导到投影对象上的第一射出光200，所述第二光包括从光调制元件103向第二方向射出的第二射出光201以及照射光250。

即，光学元件102具有透射第一射出光200、并反射第二射出光201以及照射光250的边界面(界面)B。或者，光学元件102R具有反射第一射出光200、而透射第二射出光201及照射光250的边界面(界面)A。

由此，由于可以使得第二射出光201远离第一射出光200，因而可以减少投射对象受到第二射出光201的影响。而且，通过用光学元件102、102R的同一个边界面进行反射、透射，使第二射出光201和照射光250位于第一射出光200的同一侧，可以让光学元件102、102R及光学系统100配置紧凑。

为此，可以使光学系统100配置紧凑，增大射出第一射出光200时投射对象的明度和射出第二射出光201时投射对象的明度之间的差异。

因此，即使在投影对象接近光学元件102、102R的情况下，也可以抑制无用光入射投射对象，由此光学元件102、102R和投射对象可以彼此接近。这样，不仅能够使得光学系统100配置紧凑，而且还能够提高倍率，便于实现投影对象的广角化。

此外，本发明的一实施方式涉及的光学系统100具备，光调制元件103，用于使得入射光250向彼此不同方向的第一方向或第二方向射出；以及，光学元件102、102R，其透射向第一方向射出的第一射出光200和向第二方向射出的第二射出光201之中的一方，而反射另一方，光调制元件103以第二射出光201的光线位于隔着入射光250的光线的第一射出光200的光线的相反一侧的方式，射出第一射出光200和第二射出光201，也就是说，光调制元件103射出的第一射出光200和第二射出光201位于入射光250的两侧。

具体而言，在光学元件102的边界面B或光学元件102R的边界面A上，第一射出光200和第二射出光201位于入射光250的两侧，也就是说，第二射出光201位于隔着入射光250的第一射出光200的相反一侧。

通过这种构成，可以使第二射出光201远离第一射出光200，从而减少第二射出光201的影响。因此，可以增大射出第一射出光200时投射对象的明度和射出第二射出光201时投射对象的明度之间的差异。

而且，光调制元件103的入射光250的光线位于来自光调制元件103的第一射出光200的光线和第二射出光201的光线之间，因此可以使光路构成紧凑。

本发明的一种实施方式涉及的光学系统100具备，光调制元件103，用于使入射光250向彼此方向不同的第一方向或第二方向射出；光学元件102、102R，将来自光源101的照射光250作为入射光250，射往光调制元件103；以及，第二光学元件105，被设置在光学元件102、102R和光调制元件103之间，从光学元件102、102R射出的照射光205入射其中。光学元件102、102R透射从光调制器件103向第一方向射出并被引导到投影对象上的第一射出光200、和未透射第二光学元件105而受到反射的反射光的两者之中的一方，而反射另一方。

由此，能够使反射光251可靠地远离第一射出光200，从而减少投射对象中的反射光251的影响。

光学元件102、102R透射第三光和第四光两者之中的一方，并反射另一方，第三光是第一射出光200，第四光包括从光调制元件103射往第二方向的第二射出光201及反射光251。由此，可以使第二射出光201及反射光251可靠地远离第一射出光200，降低投射对象中的第二射出光201及反射光251的影响。

光学元件102具有边界面B，该边界面B透射第一射出光200，并反射第二射出光201及反射光251。或者，光学元件102R具有边界面A，该边界面A反射第一射出光200，透射第二射出光201及反射光251。

这样，通过在光学元件102、102R的同一个界面上进行反射·透射，可以使第二射出光201和反射光251位于第一射出光200的同一侧，使光学元件102及光学系统100配置紧凑。

光学元件102、102R透射第一射出光200、和照射光250及反射光251的两者之中的一方，并反射另一方。

光学元件102具有边界面B，该边界面B透射第一射出光200，而反射照射光250及反射光251。或者，光学元件102R具有边界面A，该边界面A反射第一射出光200，而透射照射光250及反射光251。

这样，通过在光学元件102、102R的同一个界面上反射·透射，可以使照射光250和反射光251位于第一射出光200的同一侧，从而使光学元件102、102R及光学系统100配置紧凑。

而且，光调制元件103以在光学元件102的边界面B或光学元件102R的边界面A上，第二射出光201隔着入射光250及反射光251位于第一射出光200的相反一侧的方式，射出第一射出光200和第二射出光201，也就是说，光调制元件103射出的第一射出光200和第二射出光201，在光学元件102的边界面B或光学元件102R的边界面A上，分别位于入射光250及反射光251的两侧。

通过这种构成，可以使第二射出光201远离第一射出光200，减少第二射出光201的影响。因此，可以增大射出第一射出光200时投射对象的明度和射出第二射出光201时投射对象的明度之间的差异。

而且，第一射出光200及反射光251分别包括主光线、分别与主光线形成夹角的上光线及下光线，第一射出光200的主光线与上光线或下光线所形成的角度、以及反射光251的主光线与上光线或下光线所形成的角度为，第一射出光200的主光线的延长线与反射光251的主光线的延伸线所成的角度的一半以下。

由此，即使在光学系统100包含条件最严格的反射光251的情况下，也可以抽取有用光和无用光，而不会让两者混在一起。

光调制元件103反射入射光250，使入射光射往第一方向或该第二方向。由此，入射光250、第一射出光200、以及第二射出光201均位于光调制元件103的表面一侧，可以使光学系统100配置紧凑。

光调制元件103为数字微镜器件。由此，便于增大出射第一射出光200时投射对象的明度与出射第二射出光201时投射对象的明度之间的差异。

光调制元件103包括可变区域103A和固定区域103B，可变区域A将入射光250射往所述第一方向或所述第二方向，固定区域103B固定地向所述第二方向上射出入射光250。

由此，从固定区域103B出射的光，只有与第二射出光201平行的光，不包含平行于第一射出光200的光，因此不会受到投射部104导光。因此，当从可变区域103A射出作为无用光的第二射出光201时，从固定区域103B射出的光不会投射到投射对象上，从而可以增大从射出第一射出光200时投射对象的明度与射出第二射出光201时投射对象的明度之间的差异。

光学元件102、102R是棱镜。由此，可以用简单的构成，来增大从射出第一射出光200时投射对象的明度与射出第二射出光201时投射对象的明度之间的差异。

光学系统100具有投射光学系统104，通过光学元件102、102R的第一射出光200入射投射光学系统104后，被投射到投射对象上。

通过这种构成，可以使第二射出光201远离第一射出光200，因此可以抑制第二射出光201(及反射光251)入射投射部104。由此可以增大射出第一射出光200时投射对象的明度和射出第二射出光201时投射对象的明度之间的差异。

为此，即使在投射部104靠近光学元件102、102R的情况下，也可抑制无用光入射投射部104，使光学元件102、102R和投射部104彼此接近。这样，不仅能够使光学系统100配置紧凑，而且还能够提高倍率，便于实现投影对象的广角化。

本发明的一种实施方式涉及的图像投影装置300，具备具有上述构成的光学系统100，本发明的一中实施方式涉及具备的移动体具有上述构成的图像投影装置300。

通过这种构成，能够明确分离作为形成图像的ON光的第一射出光200、和作为不形成图像的OFF光的第二射出光201(以及反射光251)，使第二射出光201远离第一射出光200。由此可以减少投射对象上第二射出光201(以及反射光251)的影响，增大射出第一射出光200时投射图像的明度与射出第二射出光201时投射图像的明度之间的差异。因此，可以提高投射图像的质量。

而且，射往光调制元件103的入射光250的光线(以及反射光251的光线)位于来自光调制元件103的第一射出光200的光线和第二射出光201的光线之间，所以可以使光路构成紧凑。

进而，光学元件102的边界面B或光学元件102R的边界面A，让第一射出光200、和照射光25及第二射出光201(以及反射光251)两者之中的一方透过，而反射另一方。由此，用同一个边界面进行反射、透射，可以让照射光250及第二射出光201(以及反射光251)位于第一射出光200的同一侧，使光学元件102、102R及光学系统100配置紧凑。

100 光学系统

101 光源

102 光学元件

A 境界面(界面)

B 境界面(界面)

103 光调制元件

104 投射部

105 第二光学元件

200 第一射出光

201 第二的射出光

250 入射光(照射光)

251 反射光

300 图像投影装置

400 移动体(车辆)

Claims (12)

1.一种光学系统，用于投射图像的图像投影装置，其中，所述光学系统具备，

光调制元件，根据图像数据对入射光进行调制，使所述入射光向彼此方向不同的第一方向或第二方向射出；以及，

光学元件，将光源照射的照射光作为所述入射光，射往所述光调制元件，

其特征在于，所述光学元件具有界面，该界面透射从所述光调制元件向所述第一方向射出后被引导到投影对象上的第一射出光，而反射从所述光调制元件向第二方向射出的第二射出光和所述照射光，所述光调制元件以射出的所述第二射出光的光线位于隔着所述入射光的光线的所述第一射出光的光线的相反一侧的方式，射出所述第一射出光和所述第二射出光，所述第一射出光作为形成基于所述图像数据的图像的有用光，并且所述第二射出光作为不形成所述图像的无用光，其中，所述光学元件为单个光学元件，并且所述界面为所述单个光学元件的边界面。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，在所述界面上，所述第二射出光位于隔着所述入射光的所述第一射出光的相反一侧。

3.根据权利要求1至2中任意一项所述的光学系统，其特征在于，

具备第二光学元件，该第二光学元件被设置在所述光学元件与所述光调制元件之间，受到所述光学元件反射的所述照射光入射该第二光学元件，

所述界面透射所述第一射出光，并反射所述照射光、所述第二射出光、所述照射光中未透过所述第二光学元件而受到反射的反射光。

4.根据权利要求3所述的光学系统，其特征在于，在所述界面上，所述第二射出光位于隔着所述入射光及所述反射光的所述第一射出光的相反一侧。

5.根据权利要求3所述的光学系统，其特征在于，

所述第一射出光和所述反射光分别包括主光线、分别与所述主光线形成夹角的上光线及下光线，

所述第一射出光的所述主光线与所述上光线或所述下光线所形成的角度、以及所述反射光的所述主光线与所述上光线或所述下光线所形成的角度为，所述第一射出光的所述主光线的延长线与所述反射光的所述主光线的延伸线所成的角度的一半以下。

6.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光调制元件反射入射光，使该入射光向所述第一方向或所述第二方向射出。

7.根据权利要求6所述的光学系统，其特征在于，所述光调制元件是数字微镜器件。

8.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光调制元件包括可变区域和固定区域，所述可变区域将所述入射光射往所述第一方向或所述第二方向，所述固定区域固定地向所述第二方向上射出所述入射光。

9.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述光学元件是棱镜。

10.根据权利要求1所述的光学系统，其中具备投射光学系统，通过所述光学元件的所述第一射出光入射该投射光学系统后，被投射到投射对象上。

11.一种图像投影装置，其中具备权利要求1至10中任意一项所述的光学系统。

12.一种移动体，其中具备权利要求11所述的图像投影装置。