CN114730020A - 光学系统及图像投影装置 - Google Patents

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Abstract

一种光学系统(300)包括光学调制元件(103)和照明光学系统(301)。上述光学调制元件(103)将入射光(250)向不同方向反射，上述照明光学系统(301)将从光源(101)射出的光射向上述光学调制元件(103)。照明光学系统(301)具备从光路的上游侧按顺序配置的透镜阵列(14A、14B)、透镜(15)和在光路上位于透镜(15)的上游侧的遮挡部(50)。遮挡部(50)对入射到场透镜(15)的有效直径的光进行遮挡。在垂直于从光源(101)射出的光的光轴的方向，光轴(101A)从透镜(15)的有效直径的中心位置(15M)向着与遮挡部(50)相反的方向偏移。

Description

光学系统及图像投影装置
技术领域
本发明的实施例涉及光学系统和图像投影装置。
背景技术
本领域已知一种图像显示设备，其具有近似D形的光圈，该光圈对用作反射调制元件的数字微镜装置(DMD)上的入射光与反射光在上方向上重叠的部分作为杂散光或不必要光的光以角度区域切断。如果去除了干涉区域，则该光圈的形状为“D”(例如，参见专利文献1)。
本领域已知一种投影视频显示器，具有用作遮光挡块的波长选择滤光器(例如，参见专利文献2)。这种波长选择滤光器对从光源向光学调制元件发射的光中的一部分进行反射。更具体地说，波长选择滤光器反射由平坦基体层反射然后入射到投影光学系统的端口上的波长的光。
引文列表
专利文献
【专利文献1】日本专利申请公开No.2003-315733
【专利文献2】日本专利申请公开No.2005-129847
发明内容
技术问题
根据本发明的一个方面，提供一种光学系统和图像投影装置，其可以减少不必要的光的影响，并且可以防止光的利用效率下降。
解决问题的方案
一种光学系统包括：光学调制元件,配置为将入射光朝不同方向反射和发射；以及照明光学系统，将从光源射出的光射向所述光学调制元件。所述照明光学系统包含从光路的上游侧按顺序配置的透镜阵列和透镜。所述照明光学系统具备在所述光路上位于所述透镜上游侧的遮挡部，所述遮挡部配置为对入射到所述透镜的有效直径的光进行遮挡。在垂直于从所述光源射出的光的光轴的方向上，所述光轴从所述透镜的所述有效直径的中心位置朝与所述遮挡部相反的方向偏移。
本发明的效果
根据本发明，能够提供一种光学系统和图像投影装置，可以减少不必要的光的影响，并且防止光的利用效率下降。
附图说明
附图旨在描述本发明的示例实施例，而不应被解释为限制其范围。除非明确说明，否则附图不应视为按比例绘制。而且，相同或相似的附图标记在若干视图中表示相同或相似的组件。
图1是表示根据本发明的实施例的图像投影装置的截面图。
图2是表示图1中所示的图像投影装置的照明光学系统的与光轴正交的截面图。
图3是表示根据本发明的上述实施例的变形例的如图1所示的图像投影装置的截面图。
具体实施方式
图1是表示根据本发明的实施例的图像投影装置300的截面图。
图像投影装置300是一台前置投影仪，并且将图像投影到屏幕上。
假设在车辆上使用了这种根据本发明的图像投影装置。那么，由于没有指明有所限制，则根据本发明的图像投影装置可用于各种目的或装置。例如，根据本发明的图像投影装置可以安装在摩托车或飞机上。
如图1所示，作为光学系统的图像投影装置300包括光源单元11、照明光学系统301、场透镜17、一对光学元件102A和102B、光学调制元件103和投影光学系统104。
光源单元11由光源101和准直透镜12构成，光源101包括与红(R)、蓝(B)、绿(G)这三种颜色一一对应的三个彩色光源，以及一对二向色镜，其中将反射光的波长和透射光的波长预先设定。
照明光学系统301包括从光路的上游侧按顺序隔开排列的第一蝇眼透镜14A、第二蝇眼透镜14B、场透镜15和反射镜16，并且从光源101射出的照射光250通过场透镜17被引导至光学元件102A和102B。
第一蝇眼透镜14A和第二蝇眼透镜14B是透镜阵列的示例。
一对光学元件102A和102B中的每一个均由具有至少一对平面的棱镜构成为最佳。在本实施例中，一对光学元件102A和102B中的每一个均由全反射三角棱镜单元(所谓的全内反射(TIR)棱镜单元)构成。
光学调制元件103基于图像数据调制入射光250。光学调制元件103由数字微镜装置(DMD)构成，该数字微镜装置(DMD)具有由多个微镜组成的近似矩形的镜面，并且基于输入的图像数据分时驱动上述多个微镜。
其结果是，对光进行处理和反射，从而获得基于图像数据的图像。
在上述配置中，由照明光学系统301发出的照射光250通过一对光学元件102A和102B，作为入射光250发射到光学调制元件103。
通过光学调制元件103分时驱动多个微镜，形成在入射光250反射为第一方向的第一出射光200的状态和入射光250反射为与第一方向不同的第二方向的第二出射光的状态之间的切换。
光学元件102B对由光学调制元件103在第一方向射出的第一出射光200进行反射，并使由光学调制元件103在第二方向射出的第二出射光透过。
由光学元件102B反射的第一出射光200被引导至投影光学系统104，作为基于图像数据形成图像的发亮光束，而由光学调制元件103在第二方向反射的第二出射光处理为不形成任何图像的不发亮光束。由于第二出射光射入例如结构颗粒和光吸收带，因此，可以防止其进一步反射。
投影光学系统104将第一出射光200投影到屏幕上，从而根据接收到的图像数据形成图像。这种屏幕由例如微透镜阵列(MLA)构成，用作投影面。
在本实施例中，除了如上所述的配置或结构之外，图像投影装置300还具备在光路上位于第二蝇眼透镜14B上游侧的遮挡部50，该遮挡部50对入射到场透镜15的有效直径的光进行遮挡。通过这种结构，可以减少由光学调制元件103的表面反射的光形成的杂散光或不必要的光。由光学调制元件103的表面反射的光形成的杂散光或不必要的光是例如专利文献2的图3和图5所示的杂散光或不必要的光。
在该配置中，在垂直于从光源101射出的光的光轴101A的方向，第一蝇眼透镜14A和第二蝇眼透镜14B的有效直径的中心位置14M从场透镜15的有效直径的中心位置15M向着与遮挡部50相反的方向偏移。在本实施例中，第一蝇眼透镜14A和第二蝇眼透镜14B的有效直径表示在垂直于光轴101A的方向去除由遮挡部50遮挡光的遮挡区域55的区域。
此外，在本实施例中，光源单元11能够在垂直于光轴101A的方向上移动。当光源101处于初始位置101i时，光源101的光轴101A与场透镜15的有效直径的中心位置15M一致。然而，当光源101的位置如图1所示时，光轴101A从场透镜15的有效直径的中心位置15M向着与遮挡部50相反的方向偏移。
图2是表示根据本实施例的图1中所示的图像投影装置300的照明光学系统301的与光轴101A正交的截面图。
如图2所示，从光源101射出的光具有照射区域101B，但是从光源101射出而被遮挡区域55阻挡的一部分光没能到达场透镜15。
其结果，从光源101射出的光的利用效率下降。
为了应对这种情况，在垂直于光轴101A的方向，使得光轴101A从场透镜15的有效直径的中心位置15M向着与遮挡部50相反的方向偏移。由此，可以减小与遮挡区域55重叠的照射区域101B的面积，可以防止从光源101射出的光的利用效率下降。
然而，如果中心位置15M和光轴101A之间的距离L1过大，则第一照射区域101B中的超出第二蝇眼透镜14B的有效直径14D的区域增大。鉴于上述情况，将中心位置15M和光轴101A之间的距离L1控制为等于或小于中心位置15M和中心位置14M之间的距离L2的两倍。由此，可以有效防止从光源101射出的光的利用效率下降。
此外，可以将中心位置15M和光轴101A之间的距离L1控制为等于或小于中心位置15M和中心位置14M之间的距离L2。由此，可以进一步防止从光源101射出的光的利用效率下降。
图3是根据本发明的上述实施例的变形例的如图1所示的图像投影装置300的截面图。
在上述实施例的变形例中，图像投影装置300还具备将从光源101射出的光向照明光学系统301反射的反射光学系统400，反射光学系统400可以移动，使得如图2所示的距离L1在垂直于光轴101A的方向上发生改变。
当反射光学系统400处于初始位置400i时，光源101的光轴101A与场透镜15的有效直径的中心位置15M一致。然而，当反射光学系统400的位置如图3所示时，光轴101A从场透镜15的有效直径的中心位置15M向着与遮挡部50相反的方向偏移。
如上所述，根据本发明实施例的用作光学系统的图像投影装置300包括光学调制元件103和照明光学系统301，上述光学调制元件103将入射光250向不同方向反射和发射，上述照明光学系统301将从光源101射出的光射向光学调制元件103。照明光学系统301包含场透镜15、第一蝇眼透镜14A和第二蝇眼透镜14B，它们从光路的上游侧按顺序排列，作为透镜阵列。照明光学系统301还具备在光路上位于场透镜15的上游侧的遮挡部50，该遮挡部50对入射到场透镜15的有效直径的光进行遮挡。此外，在与从光源101射出的光的光轴101A垂直的方向，光轴101A从场透镜15的有效直径的中心位置15M朝与遮挡部50相反的方向偏移。
通过这种结构，可以减少由光学调制元件103的表面反射的光形成的杂散光或不必要的光，并且可以防止从光源101射出的光的利用效率下降。
在垂直于光轴101A的方向，将光轴101A与场透镜15的有效直径的中心位置15M之间的距离L1控制为等于或小于场透镜15的有效直径的中心位置15M与第一蝇眼透镜14A和第二蝇眼透镜14B的有效直径的中心位置14M之间的距离L2的两倍。需要注意的是，由遮挡部50遮挡光的遮挡区域55的长度排除在第一蝇眼透镜14A和第二蝇眼透镜14B的有效直径之外。
此外，可以将距离L1控制为等于或小于距离L2。由此，可以有效防止从光源101射出的光的利用效率下降。
在本发明的上述实施例中，光源101可以移动，使得光轴101A与场透镜15的有效直径的中心位置15M之间的距离L1在垂直于光轴101A的方向发生改变。
再有，图像投影装置300还可以具备将从光源101射出的光反射到照明光学系统301的反射光学系统400，并且反射光学系统400可以移动，使得光轴101A与场透镜15的有效直径的中心位置15M之间的距离L1在垂直于光轴101A的方向发生改变。
根据如上所述，许多额外的修改和变化是可能的。因此，应当理解，在所附权利要求书的范围内，本发明的公开可以在本文具体描述之外实施。例如，在本发明和所附权利要求书的范围内，不同说明性实施例的元件和/或特征可以相互组合和/或相互替换。例如，可以移除上述实施例中描述的一些元件。此外，可以根据不同的实施例或修改的元件进行适当地组合。
本专利申请基于2019年11月21日在日本专利局提交的日本专利申请2019-210143号，并要求其优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。
附图标记列表
11光源单元
12准直透镜
14A第一蝇眼透镜(透镜阵列)
14B第二蝇眼透镜(透镜阵列)
14D蝇眼透镜的有效直径
14M蝇眼透镜的有效直径的中心位置
15场透镜
15M场透镜的有效直径的中心位置
50遮挡部
55遮挡区域
101光源
101A光轴
101B照射区域
101i初始位置
103光学调制元件
104投影光学系统
200第一出射光
250入射光(照射光)
300图像投影装置(光学系统)
301照明光学系统
400反射光学系统

Claims (9)

1.一种光学系统，包括：
光学调制元件,配置为将入射光朝不同方向反射和发射；以及
照明光学系统，将从光源射出的光射向所述光学调制元件，
其中，所述照明光学系统包含从光路的上游侧按顺序配置的透镜阵列和透镜，
其中，所述照明光学系统具备在所述光路上位于所述透镜上游侧的遮挡部，
其中，所述遮挡部配置为对入射到所述透镜的有效直径的光进行遮挡，以及
其中，在垂直于从所述光源射出的光的光轴的方向上，所述光轴从所述透镜的所述有效直径的中心位置朝与所述遮挡部相反的方向偏移。
2.根据权利要求1所述的光学系统，
其中，在垂直于所述光轴的方向，将所述光轴和所述透镜的有效直径的中心位置之间的距离控制为等于或小于所述透镜的有效直径的中心位置与所述透镜阵列的有效直径的中心位置之间距离的两倍，以及
其中，所述透镜阵列的有效直径减少由所述遮挡部遮挡来自所述光源的光的遮挡区域的长度。
3.根据权利要求2所述的光学系统，
其中，在垂直于所述光轴的方向，将所述光轴和所述透镜的有效直径的中心位置之间的距离控制为等于或小于所示透镜的有效直径的中心位置与去除了所述遮挡区域的所述透镜阵列的有效直径的中心位置之间的距离。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学系统，
所述光源可以移动，使得所述光轴和所述透镜的有效直径的中心位置之间的距离在垂直于所述光轴的方向发生改变。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学系统，进一步包括：
反射光学系统，配置为将从所述光源射出的光反射到所述照明光学系统，
其中，所述反射光学系统可以移动，使得所述光轴和所述透镜的有效直径的中心位置之间的距离在垂直于所述光轴的方向发生改变。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的光学系统，
其中，所述透镜阵列包括在光路上隔开配置的第一和第二蝇眼透镜。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的光学系统，进一步包括：
光学元件，配置为使得由所述光学调制元件在第一方向上反射的第一出射光通过该光学元件引导到投影面。
8.根据权利要求7所述的光学系统，进一步包括：
投影光学系统，使得已通过所述光学元件的所述第一出射光通过该投影光学系统投影到所述投影面。
9.一种图像投影装置，包括：
根据权利要求1至8中任一项所述的光学系统，
其中，所述光学系统投射图像。
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