JP2020071474A - Optical system, image projection device, and movable body - Google Patents

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Abstract

To provide an optical system that reduces the influence of unnecessary light with a compact light path configuration, an image projection device, and a movable body.SOLUTION: An optical system 100 comprises: a light modulation element 103 that emits incident light 250 in a first direction or a second direction that are different from each other; and an optical element 102 that emits radiation light 250 radiated from a light source 101 toward the light modulation element 103 as the incident light 250. The optical element 102 has a boundary surface B that transmits first emission light 200 emitted in a first direction from the light modulation element 103 and guided to a projection object, and one of second emission light 201 emitted in a second direction from the light modulation element 103 and the radiation light 250, and reflects the other.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、光学系、画像投射装置および移動体に関する。   The present invention relates to an optical system, an image projection device and a moving body.

マルチメディア時代の到来により、あらゆる場面で画像投射装置が用いられている。近年では、フロント投射型プロジェクタのみならず、サイネージや車載に搭載されるヘッドアップディスプレイ(HUD)などにも展開されており、市場分野は拡大している。それらを構成するのに、光変調素子としてDMD(ディジタル・マイクロミラー・デバイス)を取り入れた光学系が主流化しており、小型・軽量・高輝度化・高ダイナミックレンジ(高コントラスト)化が進んでいる。   With the advent of the multimedia age, image projection devices have been used in all situations. In recent years, not only front projection type projectors have been developed, but they have been applied to signage and head-up displays (HUD) mounted on vehicles, and the market field is expanding. Optical systems that incorporate DMD (Digital Micromirror Device) as a light modulator are becoming mainstream to construct them, and they are becoming smaller, lighter, higher in brightness, and higher in dynamic range (higher contrast). There is.

特許文献1では、反射型光変調器を有する投射型表示装置において、反射型光変調器に対する照明光学系に、照明光学系の光束の片側断面の一部を遮光して不要光を遮光する遮光板を照明光学系の光路内に挿抜可能に設けた構成を開示している。   In Patent Document 1, in a projection display device having a reflection-type light modulator, an illumination optical system for the reflection-type light modulator shields a part of one side cross section of a light flux of the illumination optical system to shield unnecessary light. It discloses a configuration in which the plate is provided so as to be insertable into and removable from the optical path of the illumination optical system.

特許文献2では、DMDで反射された光を透過する第1の面を有するプリズムを備えた光学系において、プリズムは、第1の面を透過された光のうち、オン状態のミラー素子により反射された光を透過し、オフ状態のミラー素子により反射された光を反射する第2の面を有する構成を開示している。   In Patent Document 2, in an optical system including a prism having a first surface that transmits the light reflected by the DMD, the prism reflects the light transmitted through the first surface by a mirror element in an ON state. Disclosed is a configuration having a second surface that transmits the reflected light and reflects the light reflected by the mirror element in the off state.

本発明は、コンパクトな光路構成で不要光の影響を低減する光学系、画像投射装置および移動体を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an optical system, an image projection device, and a moving body that have a compact optical path structure and reduce the influence of unnecessary light.

本発明に係る光学系は、入射光を互いに異なる方向である第1の方向または第2の方向に出射する光変調素子と、光源から照射される照射光を、入射光として光変調素子に向けて出射する光学素子と、を備えた光学系であって、光変調素子から第1の方向に出射されて投射対象に導光される第1の出射光と、光変調素子から第2の方向に出射された第2の出射光および照射光と、のうち一方を透過し、他方を反射する界面を有することを特徴とする。   The optical system according to the present invention is directed to a light modulation element that emits incident light in a first direction or a second direction that is different from each other, and an irradiation light emitted from a light source that is directed to the light modulation element as incident light. An optical system that emits light in a first direction from the light modulation element in a first direction and is guided to a projection target; and a second direction from the light modulation element. It is characterized in that it has an interface that transmits one of the second emitted light and the emitted light emitted to and reflects the other.

本発明によれば、コンパクトな光路構成で不要光の影響を低減する光学系、画像投射装置および移動体を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an optical system, an image projection apparatus, and a moving body that have a compact optical path configuration and reduce the influence of unnecessary light.

本発明の一実施形態としての光学系100を示す断面図である。It is a sectional view showing optical system 100 as one embodiment of the present invention. 図1に示した光学素子102および光変調素子103の光路を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing optical paths of an optical element 102 and a light modulation element 103 shown in FIG. 1. 図1に示した光変調素子103の詳細な構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a detailed configuration of a light modulation element 103 shown in FIG. 1. 図1に示した光学系100の変形例の一部構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the partial structure of the modification of the optical system 100 shown in FIG. 図1に示した光学系100の第2の変形例であって、光学素子102および光変調素子103Mの光路を示す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view showing a second modified example of the optical system 100 shown in FIG. 1 and showing optical paths of an optical element 102 and a light modulation element 103M. 図1に示した光学系100の第3の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 3rd modification of the optical system 100 shown in FIG. 図6に示した光学素子102、光学素子102Bおよび光変調素子103の光路を示す断面図である。7 is a cross-sectional view showing optical paths of the optical element 102, the optical element 102B, and the light modulation element 103 shown in FIG. 図1に示した光学系100の第4の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 4th modification of the optical system 100 shown in FIG. 図8に示した光学素子102、光学素子102Cおよび光変調素子103の光路を示す断面図である。9 is a cross-sectional view showing optical paths of the optical element 102, the optical element 102C, and the light modulation element 103 shown in FIG. 8. FIG. 図1に示した光学系100の第5の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 5th modification of the optical system 100 shown in FIG. 図10に示した光学素子102Rおよび光変調素子103の光路を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing optical paths of the optical element 102R and the light modulation element 103 shown in FIG. 10. 本発明の一実施形態としての画像投射装置300を示す断面図である。It is a sectional view showing image projection device 300 as one embodiment of the present invention. 図1に示した光学系100の第6の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 6th modification of the optical system 100 shown in FIG. 図13に示した光学素子102および光変調素子103、第2の光学素子105の光路を示す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view showing the optical paths of the optical element 102, the light modulation element 103, and the second optical element 105 shown in FIG. 13. 図1に示した光学系100の第7の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 7th modification of the optical system 100 shown in FIG. 図15に示した光学素子102、光学素子102B、第2の光学素子105および光変調素子103の光路を示す断面図である。16 is a cross-sectional view showing the optical paths of the optical element 102, the optical element 102B, the second optical element 105, and the light modulation element 103 shown in FIG. 図1に示した光学系100の第8の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 8th modification of the optical system 100 shown in FIG. 図17に示した光学素子102、光学素子102C、第2の光学素子105および光変調素子103の光路を示す断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view showing the optical paths of the optical element 102, the optical element 102C, the second optical element 105, and the light modulation element 103 shown in FIG. 図1に示した光学系100の第9の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 9th modification of the optical system 100 shown in FIG. 図19に示した光学素子102R、第2の光学素子105および光変調素子103の光路を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the optical path of the optical element 102R, the 2nd optical element 105, and the light modulation element 103 which were shown in FIG. 図12に示した画像投射装置300の変形例を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing a modified example of the image projection device 300 shown in FIG. 12. 本発明の一実施形態としての画像投射装置300を搭載した車両400を示す図である。It is a figure which shows the vehicle 400 carrying the image projection apparatus 300 as one Embodiment of this invention.

図1は、本発明の一実施形態としての光学系100を示す断面図である。   FIG. 1 is a sectional view showing an optical system 100 as one embodiment of the present invention.

光学系100は、光を照射する光源101と、入射光を透過または反射する光学素子102と、入射光を互いに異なる方向である第1の方向または第2の方向に出射する光変調素子103と、入射光を投射対象に投射する投射光学系の一例としての投射部104とを備える。   The optical system 100 includes a light source 101 that emits light, an optical element 102 that transmits or reflects incident light, and a light modulation element 103 that emits incident light in a first direction or a second direction which are different directions. , A projection unit 104 as an example of a projection optical system that projects incident light onto a projection target.

光源101は、LD(レーザダイオード)を含み、赤色(R)、青色(B)、緑色(G)の3つの色と1対1に対応する3つの色光源と、反射する光の波長および透過する波長の光が予め定められているダイクロイックミラーを含む。   The light source 101 includes an LD (laser diode), and has three color light sources corresponding to three colors of red (R), blue (B), and green (G) in a one-to-one relationship, and the wavelength and transmission of reflected light. It includes a dichroic mirror in which light of a predetermined wavelength is predetermined.

光学素子102は、2面以上を有するプリズムで構成されることが好ましく、本実施形態では、全反射三角プリズムユニット(所謂、TIRプリズムユニット)で構成される。   The optical element 102 is preferably composed of a prism having two or more surfaces, and in the present embodiment, is composed of a total reflection triangular prism unit (so-called TIR prism unit).

光変調素子103は、複数のマイクロミラーからなる略矩形のミラー面を有するDMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)により構成される。   The light modulation element 103 is composed of a DMD (digital micromirror device) having a substantially rectangular mirror surface composed of a plurality of micromirrors.

以上の構成において、光学素子102は、光源101から照射される照射光250を境界面(界面)Bで反射し、入射光250として光変調素子103に向けて入射させる。光源101と光学素子102の間には、光源101から照射される照射光250を光学素子102に導光するリレー光学系を設けても良い。   In the above configuration, the optical element 102 reflects the irradiation light 250 emitted from the light source 101 at the boundary surface (interface) B, and makes it incident as the incident light 250 toward the light modulation element 103. A relay optical system that guides the irradiation light 250 emitted from the light source 101 to the optical element 102 may be provided between the light source 101 and the optical element 102.

光変調素子103は、各マイクロミラーを時分割駆動することにより、入射光250を第1の方向に反射して第1の出射光200を出射する場合と、入射光250を第2の方向に反射して第2の出射光201を出射する場合と、を切り替える。光変調素子103は、第2の出射光201の光線が、入射光250の光線を挟んで第1の出射光200の光線の反対側に位置するように、第1、第2の出射光200、201を出射する。   The light modulation element 103 drives the respective micromirrors in a time-division manner to reflect the incident light 250 in the first direction and emit the first outgoing light 200, and when the incident light 250 is directed in the second direction. The case of reflecting and emitting the second outgoing light 201 is switched. The light modulation element 103 is arranged so that the light beam of the second emitted light 201 is located on the opposite side of the light beam of the first emitted light 200 with the light beam of the incident light 250 interposed therebetween. , 201 is emitted.

光学素子102は、光変調素子103から第1の方向に出射された第1の出射光200を境界面Cおよび境界面Bで透過し、光変調素子103から第2の方向に出射された第2の出射光201を境界面Bで反射する。   The optical element 102 transmits the first emitted light 200 emitted from the light modulation element 103 in the first direction at the boundary surface C and the boundary surface B, and emits the first emitted light 200 from the light modulation element 103 in the second direction. The second outgoing light 201 is reflected by the boundary surface B.

光学素子102を透過した第1の出射光200は、投射部104に導光されて入射して投射対象に投射され、光学素子102に反射された第2の出射光201は、不要光として処理され、例えば機構的なシボや光吸収帯に入射することにより再反射を防止される。   The first emitted light 200 that has passed through the optical element 102 is guided to the projection unit 104, enters the projection unit 104, is projected on the projection target, and the second emitted light 201 reflected by the optical element 102 is processed as unnecessary light. Re-reflection is prevented by, for example, entering a mechanical grain or a light absorption band.

以上の構成により、第2の出射光201を第1の出射光200から遠ざけることができるため、第2の出射光201が投射部104に入射することを抑制できる。これにより、第1の出射光200を出射する場合の投射対象における輝度と、第2の出射光201を出射する場合の投射対象における輝度との、輝度差を大きくすることができる。   With the above configuration, the second emitted light 201 can be kept away from the first emitted light 200, so that the second emitted light 201 can be suppressed from entering the projection unit 104. This makes it possible to increase the luminance difference between the luminance of the projection target when the first emitted light 200 is emitted and the luminance of the projection target when the second emitted light 201 is emitted.

そして、光変調素子103への入射光250の光線は、光変調素子103からの第1の出射光200の光線と第2の出射光201の光線の間に配置されているので、光路構成および光学素子102をコンパクトにすることができる。   Since the light ray of the incident light 250 on the light modulation element 103 is arranged between the light ray of the first emitted light 200 and the light ray of the second emitted light 201 from the light modulation element 103, the optical path configuration and The optical element 102 can be made compact.

さらに、光変調素子103への入射側と出射側で同じ光学素子102を用いること、および光源101からの照射光250と第2の出射光201を光学素子102の同一の境界面Bで反射することにより、光学系100をコンパクトにすることができる。   Further, the same optical element 102 is used on the incident side and the emitting side of the light modulation element 103, and the irradiation light 250 from the light source 101 and the second emission light 201 are reflected by the same boundary surface B of the optical element 102. As a result, the optical system 100 can be made compact.

また、境界面Bは、第1の出射光200を透過し、第2の出射光201および照射光250を反射するため、同一の境界面で反射・透過することで、第1の出射光200に対して、第2の出射光201と照射光250を同じ側に配置することが可能になり、光学素子102および光学系100をコンパクトにすることができる。   Further, since the boundary surface B transmits the first outgoing light 200 and reflects the second outgoing light 201 and the irradiation light 250, the first outgoing light 200 is reflected and transmitted at the same boundary surface. On the other hand, the second emitted light 201 and the irradiation light 250 can be arranged on the same side, and the optical element 102 and the optical system 100 can be made compact.

図2は、図1に示した光学素子102および光変調素子103の光路を示す断面図である。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing the optical paths of the optical element 102 and the light modulation element 103 shown in FIG.

まず、光源101から照射された照射光250(実線)は、屈折率n1の外部環境と屈折率n2の光学素子102の境界面(界面)Aに入射角θ1で入射され、θ2で屈折される。θ1とθ2の関係はSnellの法則に則る(n2/n1=sinθ1/sinθ2)。なお、屈折率n1とn2の関係はn1<n2である。   First, the irradiation light 250 (solid line) emitted from the light source 101 enters the boundary surface (interface) A between the external environment having the refractive index n1 and the optical element 102 having the refractive index n2 at the incident angle θ1 and is refracted at θ2. .. The relationship between θ1 and θ2 follows Snell's law (n2 / n1 = sin θ1 / sin θ2). The relationship between the refractive indices n1 and n2 is n1 <n2.

境界面Aに入射したθ2の角度成分を持つ光線は、光学素子102の境界面Bに対してθ3の角度成分で到達する。この時に、境界面Bでは全反射条件の臨界角θcに対して、θ3は以下の関係を取り、光は全反射される(θ3≧θc:θc[=arcsin(n1/n2){n1<n2}])。   A ray having an angle component of θ2 incident on the boundary surface A reaches the boundary surface B of the optical element 102 with an angle component of θ3. At this time, at the boundary surface B, θ3 has the following relation with respect to the critical angle θc of the total reflection condition, and the light is totally reflected (θ3 ≧ θc: θc [= arcsin (n1 / n2) {n1 <n2 }]).

境界面Bで全反射された光線は、光学素子102の境界面(界面)Cに角度θ4で到達し、屈折角θ5で外部環境に出射される。   The light beam totally reflected on the boundary surface B reaches the boundary surface (interface) C of the optical element 102 at an angle θ4 and is emitted to the external environment at a refraction angle θ5.

そして、光変調素子103の表面に対して角度θ6で到達され、入射光250として光変調素子103に入射し、光変調素子103にて反射、変調される。   Then, the light reaches the surface of the light modulation element 103 at an angle θ6, enters the light modulation element 103 as incident light 250, and is reflected and modulated by the light modulation element 103.

光変調素子103により変調された出射光は、α方向(第1の方向)に出射される第1の出射光200とβ方向(第2の方向)に出射される第2の出射光201に最低限分けられる。第1の出射光200は、必要光として投射部104に導光され、第2の出射光201は、不要光として投射部104とは異なる位置に逃がして処理される。   The emitted light modulated by the light modulator 103 is divided into a first emitted light 200 emitted in the α direction (first direction) and a second emitted light 201 emitted in the β direction (second direction). At least divided. The first outgoing light 200 is guided as necessary light to the projection unit 104, and the second outgoing light 201 is escaped to a position different from that of the projection unit 104 as unnecessary light and processed.

第1の出射光200(破線)は、光変調素子103表面の法線となす角α1に向けて、光変調素子103で反射されて、境界面Cに入射角α2で入射し、屈折角α3で光学素子102内を進む。   The first outgoing light 200 (broken line) is reflected by the light modulation element 103 toward an angle α1 formed with the normal line of the surface of the light modulation element 103, enters the boundary surface C at an incidence angle α2, and has a refraction angle α3. To proceed inside the optical element 102.

その後、第1の出射光200は、境界面Bに角度α4<θcで到達し、屈折角α5で外部環境に出射され、投射部104に入射される。   After that, the first emitted light 200 reaches the boundary surface B at an angle α4 <θc, is emitted to the external environment at a refraction angle α5, and is incident on the projection unit 104.

これに対して第2の出射光201(一点鎖線)は、光変調素子103表面の法線となす角β1に向けて、光変調素子103で反射される。ここで、第2の出射光201の光線は、入射光250の光線を挟んで第1の出射光200の光線の反対側に位置している。   On the other hand, the second outgoing light 201 (dashed-dotted line) is reflected by the light modulation element 103 toward the angle β1 formed with the normal line of the surface of the light modulation element 103. Here, the ray of the second emitted light 201 is located on the opposite side of the ray of the first emitted light 200 with the ray of the incident light 250 interposed therebetween.

第2の出射光201は、境界面Cに入射角β2で入射し、屈折角β3で光学素子102内を進み、境界面Bに角度β4≧θcで到達して、その境界面Bで全反射し、境界面Aに向かう。   The second outgoing light 201 enters the boundary surface C at an incident angle β2, travels inside the optical element 102 at a refraction angle β3, reaches the boundary surface B at an angle β4 ≧ θc, and is totally reflected at the boundary surface B. Then, it goes to the boundary surface A.

そして、第2の出射光201は、境界面Aでは屈折角β6で外部環境に出射される。第2の出射光201は、例えば、機構的なシボや光吸収帯に入射することにより再反射を防止される。   Then, the second emitted light 201 is emitted to the external environment at the interface A with a refraction angle β6. The second emitted light 201 is prevented from being re-reflected by, for example, entering a mechanical grain or a light absorption band.

外部環境の屈折率n1=1.00、光学素子の屈折率n2=1.59の条件とすると、各種パラメータの具体例は下記の通りになる。
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
Assuming that the refractive index of the external environment is n1 = 1.00 and the refractive index of the optical element is n2 = 1.59, specific examples of various parameters are as follows.
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

以上の構成により、光学素子102の境界面Bを介して必要光としての第1の出射光200と、不要光としての第2の出射光201を明確に分離して第2の出射光201を第1の出射光200から遠ざけることができる。これにより、第2の出射光201が投射部104に入射することを抑制でき、第1の出射光200を出射する場合の投射対象における輝度と、第2の出射光201を出射する場合の投射対象における輝度との、輝度差を大きくすることができる。   With the above configuration, the first emitted light 200 as the necessary light and the second emitted light 201 as the unnecessary light are clearly separated via the boundary surface B of the optical element 102 to form the second emitted light 201. It can be kept away from the first emitted light 200. As a result, it is possible to suppress the second emitted light 201 from entering the projection unit 104, the brightness of the projection target when the first emitted light 200 is emitted, and the projection when the second emitted light 201 is emitted. The difference in brightness from the brightness of the target can be increased.

そして、光変調素子103への入射光250の光線は、光変調素子103からの第1の出射光200の光線と第2の出射光201の光線の間に配置されているので、光路構成および光学素子102をコンパクトにすることができる。   Since the light ray of the incident light 250 on the light modulation element 103 is arranged between the light ray of the first emitted light 200 and the light ray of the second emitted light 201 from the light modulation element 103, the optical path configuration and The optical element 102 can be made compact.

さらに、光変調素子103への入射側と出射側で同じ光学素子102を用いること、および光源101からの照射光250と第2の出射光201を光学素子102の同一の境界面Bで反射することにより、光学系100をコンパクトにすることができる。   Further, the same optical element 102 is used on the incident side and the emitting side of the light modulation element 103, and the irradiation light 250 from the light source 101 and the second emission light 201 are reflected by the same boundary surface B of the optical element 102. As a result, the optical system 100 can be made compact.

また、境界面Bは、第1の出射光200を透過し、第2の出射光201および照射光250を反射するため、同一の境界面で反射・透過することで、第1の出射光200に対して、第2の出射光201と照射光250を同じ側に配置することが可能になり、光学素子102および光学系100をコンパクトにすることができる。   Further, since the boundary surface B transmits the first outgoing light 200 and reflects the second outgoing light 201 and the irradiation light 250, the first outgoing light 200 is reflected and transmitted at the same boundary surface. On the other hand, the second emitted light 201 and the irradiation light 250 can be arranged on the same side, and the optical element 102 and the optical system 100 can be made compact.

図3は、図1に示した光変調素子103の詳細な構成を示す図である。図3(a)は光変調素子103の上面図を示し、図3(b)は光変調素子103の断面図を示す。   FIG. 3 is a diagram showing a detailed configuration of the light modulation element 103 shown in FIG. 3A shows a top view of the light modulation element 103, and FIG. 3B shows a cross-sectional view of the light modulation element 103.

光変調素子103は、入射光250を第1または第2の方向に変調して出射する可変領域103Aと、可変領域103Aを囲むように配置され、入射光250を変調せずに第2の方向に固定して出射する固定領域103Bを含む。   The light modulation element 103 is arranged so as to surround the variable region 103A that modulates the incident light 250 in the first or second direction and emits the light and the variable region 103A, and does not modulate the incident light 250 in the second direction. A fixed region 103B that is fixed and emitted.

図1、図2で説明したように、光変調素子103から第1の方向に出射された第1の出射光200は、投射部104に導光されて入射して投射対象に投射され、光変調素子103から第2の方向に出射された第2の出射光201は、不要光として処理される。   As described with reference to FIGS. 1 and 2, the first emission light 200 emitted from the light modulation element 103 in the first direction is guided to the projection unit 104 and is incident on the projection target to be projected onto the projection target. The second emitted light 201 emitted from the modulation element 103 in the second direction is processed as unnecessary light.

本実施形態では、固定領域103Bから出射される光は、第2の出射光201と平行な光のみであり、第1の出射光200と平行な光は含まれないので、投射部104に導光されることはない。   In the present embodiment, the light emitted from the fixed region 103B is only the light parallel to the second emitted light 201 and does not include the light parallel to the first emitted light 200, and thus is guided to the projection unit 104. There is no light.

これにより、可変領域103Aから不要光として第2の出射光201を出射しているときに、固定領域103Bから出射される光が投射対象に投射されることがなく、第1の出射光200を出射する場合の投射対象における輝度と、第2の出射光201を出射する場合の投射対象における輝度との、輝度差を大きくすることができる。   Accordingly, when the second emission light 201 is emitted as unnecessary light from the variable region 103A, the light emitted from the fixed region 103B is not projected onto the projection target, and the first emission light 200 is emitted. The brightness difference between the brightness of the projection target when the light is emitted and the brightness of the projection target when the second outgoing light 201 is emitted can be increased.

図4は、図1に示した光学系100の変形例の一部構成を示す断面図である。   FIG. 4 is a sectional view showing a partial configuration of a modified example of the optical system 100 shown in FIG.

図4に示す光学系100は、図1に示したLD(レーザダイオード)を含む光源101に代えて、LED光源光学系を含む光源101Eを備える。   An optical system 100 shown in FIG. 4 includes a light source 101E including an LED light source optical system, instead of the light source 101 including the LD (laser diode) shown in FIG.

光源101Eは、光を発散照射するLED110と、LED110から照射される照射光を緩やかに集光するカップリングレンズ111で構成される。このとき、カップリングレンズ111から出射される主光線120に対して、カップリングレンズ111から出射される上光線121と下光線122は各々10度の角度がついている。   The light source 101E includes an LED 110 that divergently emits light, and a coupling lens 111 that gently collects the emitted light emitted from the LED 110. At this time, the upper light ray 121 and the lower light ray 122 emitted from the coupling lens 111 are at an angle of 10 degrees with respect to the principal ray 120 emitted from the coupling lens 111.

本変形例では、主光線120に対して上光線121と下光線122は10度の傾きを持って光学素子102に入射されるが、上光線121と下光線122においても図1、図2における照射光250と同様の内容が成立する。   In this modified example, the upper ray 121 and the lower ray 122 are incident on the optical element 102 with an inclination of 10 degrees with respect to the principal ray 120. However, the upper ray 121 and the lower ray 122 in FIG. 1 and FIG. The same contents as the irradiation light 250 are established.

外部環境の屈折率n1=1.00、光学素子の屈折率n2=1.59の条件とすると、主光線120における各種パラメータの具体例は下記の通りになる。
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
Assuming that the refractive index of the external environment is n1 = 1.00 and the refractive index of the optical element is n2 = 1.59, specific examples of various parameters in the chief ray 120 are as follows.
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

上光線121は光学素子102に対する入射角θ1が10度傾いているのと同義であるので、上光線121における各種パラメータの具体例は下記の通りになる。
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
Since the incident angle θ1 of the upper ray 121 with respect to the optical element 102 is inclined by 10 degrees, specific examples of various parameters of the upper ray 121 are as follows.
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

下光線122も上光線121と同様に、各種パラメータの具体例は下記の通りになる。
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
Similar to the upper ray 121, the lower ray 122 has the following specific examples of various parameters.
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

以上の構成により、光学素子102の境界面Bを介して必要光としての第1の出射光200と、不要光としての第2の出射光201を明確に分離して第2の出射光201を第1の出射光200から遠ざけることができる。これにより、第2の出射光201が投射部104に入射することを抑制でき、第1の出射光200を出射する場合の投射対象における輝度と、第2の出射光201を出射する場合の投射対象における輝度との、輝度差を大きくすることができる。   With the above configuration, the first emitted light 200 as the necessary light and the second emitted light 201 as the unnecessary light are clearly separated via the boundary surface B of the optical element 102 to form the second emitted light 201. It can be kept away from the first emitted light 200. As a result, it is possible to suppress the second emitted light 201 from entering the projection unit 104, the brightness of the projection target when the first emitted light 200 is emitted, and the projection when the second emitted light 201 is emitted. The difference in brightness from the brightness of the target can be increased.

そして、光変調素子103への入射光250(主光線120)の光線は、光変調素子103からの第1の出射光200の光線と第2の出射光201の光線の間に配置されているので、光路構成および光学素子102をコンパクトにすることができる。   Then, the light ray of the incident light 250 (main ray 120) to the light modulation element 103 is arranged between the light ray of the first emission light 200 and the light ray of the second emission light 201 from the light modulation element 103. Therefore, the optical path configuration and the optical element 102 can be made compact.

さらに、光変調素子103への入射側と出射側で同じ光学素子102を用いること、および光源101からの照射光250と第2の出射光201を光学素子102の同一の境界面Bで反射することにより、光学系100をコンパクトにすることができる。   Further, the same optical element 102 is used on the incident side and the emitting side of the light modulation element 103, and the irradiation light 250 from the light source 101 and the second emission light 201 are reflected by the same boundary surface B of the optical element 102. As a result, the optical system 100 can be made compact.

また、境界面Bは、第1の出射光200を透過し、第2の出射光201および照射光250を反射するため、同一の境界面で反射・透過することで、第1の出射光200に対して、第2の出射光201と照射光250を同じ側に配置することが可能になり、光学素子102および光学系100をコンパクトにすることができる。   Further, since the boundary surface B transmits the first outgoing light 200 and reflects the second outgoing light 201 and the irradiation light 250, the first outgoing light 200 is reflected and transmitted at the same boundary surface. On the other hand, the second emitted light 201 and the irradiation light 250 can be arranged on the same side, and the optical element 102 and the optical system 100 can be made compact.

図5は、図1に示した光学系100の第2の変形例であって、光学素子102および光変調素子103Mの光路を示す断面図である。   FIG. 5 is a cross-sectional view showing a second modification of the optical system 100 shown in FIG. 1 and showing the optical paths of the optical element 102 and the light modulation element 103M.

図5に示す光学系100は、図1に示したDMD(レーザダイオード)により構成される光変調素子103に代えて、MEMSにより構成される光変調素子103Mを備える。   The optical system 100 shown in FIG. 5 includes an optical modulation element 103M configured by MEMS, instead of the optical modulation element 103 configured by DMD (laser diode) shown in FIG.

光変調素子103Mにより変調された出射光は、α方向(第1の方向)とβ方向(第2の方向)の間で走査される。すなわち、光変調素子103Mにより変調された出射光は、図2と同様に、α方向(第1の方向)に出射される第1の出射光200と、β方向(第2の方向)に出射される第2の出射光201を含むとともに、γ方向(第3の方向)に出射される第3の出射光202を含む。   The outgoing light modulated by the light modulation element 103M is scanned between the α direction (first direction) and the β direction (second direction). That is, the emitted light modulated by the light modulation element 103M is, similarly to FIG. 2, the first emitted light 200 emitted in the α direction (first direction) and the emitted light in the β direction (second direction). The second emitted light 201 is emitted, and the third emitted light 202 emitted in the γ direction (third direction) is included.

第1の出射光200および第2の出射光201の光路は、図2と同じであり、説明は省略する。   The optical paths of the first emitted light 200 and the second emitted light 201 are the same as those in FIG. 2, and the description thereof will be omitted.

第3の出射光202は光変調素子103Mの走査範囲内、すなわち第1の出射光200の光線と第2の出射光201の光線の間の光線であり、光学素子102の境界面Bにおける入射角が臨界角に等しい光路である。   The third emitted light 202 is a light ray within the scanning range of the light modulation element 103M, that is, between the light ray of the first emitted light 200 and the light ray of the second emitted light 201, and is incident on the boundary surface B of the optical element 102. An optical path whose angle is equal to the critical angle.

第3の出射光202は、光変調素子103M表面の法線となす角γ1に向けて、光変調素子103Mで反射されて、光学素子102の境界面Cに入射角γ2で入射し、屈折角γ3で光学素子102内を進む。   The third outgoing light 202 is reflected by the light modulation element 103M toward an angle γ1 formed with the normal line of the surface of the light modulation element 103M, enters the boundary surface C of the optical element 102 at the incidence angle γ2, and has a refraction angle of γ2. At γ3, the optical element 102 advances.

その後、第3の出射光202は、境界面Bに角度γ4=θcで到達しては境界面Bで全反射するので、外部環境に出射されず、光学素子102の境界面Aに向かう。   After that, the third emitted light 202 reaches the boundary surface B at the angle γ4 = θc and is totally reflected by the boundary surface B, so that it is not emitted to the external environment and goes to the boundary surface A of the optical element 102.

第3の出射光202は、境界面Aに対して角度γ5で到達し、屈折角γ6で外部環境に出射される。この第3の出射光202による境界面Bへの入射角度γ4を境に、第1の出射光200と同様に境界面Bを透過する必要光と、第2の出射光201と同様に境界面Bにより反射される不要光が切り替わる。   The third emission light 202 reaches the boundary surface A at an angle γ5 and is emitted to the external environment at a refraction angle γ6. With the incident angle γ4 of the third outgoing light 202 on the boundary surface B as a boundary, the necessary light that passes through the boundary surface B similarly to the first outgoing light 200 and the boundary surface similar to the second outgoing light 201. The unnecessary light reflected by B is switched.

光変調素子103Mの走査範囲が24度(±12度)で、外部環境の屈折率n1=1.00、光学素子の屈折率n2=1.59の条件下において、各種パラメータの具体例は下記の通りになる。
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
Specific examples of various parameters are as follows under the condition that the scanning range of the light modulation element 103M is 24 degrees (± 12 degrees), the refractive index of the external environment is n1 = 1.00, and the refractive index of the optical element is n2 = 1.59. It becomes the street.
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

以上の構成により、光学素子102の境界面Bを介して必要光としての第1の出射光200と、不要光としての第2の出射光201を明確に分離して第2の出射光201を第1の出射光200から遠ざけることができる。これにより、第2の出射光201が投射部104に入射することを抑制でき、第1の出射光200を出射する場合の投射対象における輝度と、第2の出射光201を出射する場合の投射対象における輝度との、輝度差を大きくすることができる。   With the above configuration, the first emitted light 200 as the necessary light and the second emitted light 201 as the unnecessary light are clearly separated via the boundary surface B of the optical element 102 to form the second emitted light 201. It can be kept away from the first emitted light 200. As a result, it is possible to suppress the second emitted light 201 from entering the projection unit 104, the brightness of the projection target when the first emitted light 200 is emitted, and the projection when the second emitted light 201 is emitted. The difference in brightness from the brightness of the target can be increased.

そして、光変調素子103Mへの入射光250の光線は、光変調素子103Mからの第1の出射光200の光線と第2の出射光201の光線の間に配置されているので、光路構成および光学素子102をコンパクトにすることができる。   Since the light ray of the incident light 250 on the light modulation element 103M is arranged between the light ray of the first emitted light 200 and the light ray of the second emitted light 201 from the light modulation element 103M, the optical path configuration and The optical element 102 can be made compact.

さらに、光変調素子103Mへの入射側と出射側で同じ光学素子102を用いること、および光源101からの照射光250と第2の出射光201を光学素子102の同一の境界面Bで反射することにより、光学系100をコンパクトにすることができる。   Further, the same optical element 102 is used on the incident side and the emitting side of the light modulation element 103M, and the irradiation light 250 from the light source 101 and the second emission light 201 are reflected on the same boundary surface B of the optical element 102. As a result, the optical system 100 can be made compact.

また、境界面Bは、第1の出射光200を透過し、第2の出射光201および照射光250を反射するため、同一の境界面で反射・透過することで、第1の出射光200に対して、第2の出射光201と照射光250を同じ側に配置することが可能になり、光学素子102および光学系100をコンパクトにすることができる。   Further, since the boundary surface B transmits the first outgoing light 200 and reflects the second outgoing light 201 and the irradiation light 250, the first outgoing light 200 is reflected and transmitted at the same boundary surface. On the other hand, the second emitted light 201 and the irradiation light 250 can be arranged on the same side, and the optical element 102 and the optical system 100 can be made compact.

図6は、図1に示した光学系100の第3の変形例を示す断面図である。   FIG. 6 is a sectional view showing a third modification of the optical system 100 shown in FIG.

光学系100は、図1に示した構成に加えて、三角プリズムにより構成される光学素子102Bを備える。光学素子102Bは、光学素子102を透過した第1の出射光200を透過し、光学素子102Bを透過した第1の出射光200は、投射部104に導光されて入射して投射対象に投射される。これにより、収差の補正や出射方向の調整が容易となる。   The optical system 100 includes an optical element 102B configured by a triangular prism in addition to the configuration shown in FIG. The optical element 102B transmits the first outgoing light 200 that has passed through the optical element 102, and the first outgoing light 200 that has passed through the optical element 102B is guided to the projection unit 104 and enters to be projected onto a projection target. To be done. This facilitates correction of aberrations and adjustment of the emission direction.

図7は、図6に示した光学素子102、光学素子102Bおよび光変調素子103の光路を示す断面図である。図中、左下の丸で囲ってある部分は、右上の丸で囲ってある部分の拡大図である。   FIG. 7 is a sectional view showing the optical paths of the optical element 102, the optical element 102B, and the light modulation element 103 shown in FIG. In the figure, the circled portion at the lower left is an enlarged view of the circled portion at the upper right.

入射光(照射光)250および第2の出射光201の光路は、図2と同じであるため、説明を省略する。   The optical paths of the incident light (irradiation light) 250 and the second outgoing light 201 are the same as those in FIG.

第1の出射光200(破線)は、光変調素子103表面の法線となす角α1に向けて、光変調素子103で反射されて、光学素子102の境界面Cに入射角α2で入射し、屈折角α3で光学素子102内を進む。   The first emitted light 200 (broken line) is reflected by the light modulation element 103 toward an angle α1 formed with the normal line of the surface of the light modulation element 103, and is incident on the boundary surface C of the optical element 102 at an incidence angle α2. , Proceeds through the optical element 102 at a refraction angle α3.

その後、第1の出射光200は、境界面Bに角度α4<θcで到達し、屈折角α4’で外部環境に射出され、その次に、光学素子102Bの境界面(界面)Dに屈折角α4’で入射される。光学素子102Bは、屈折率n2であり、境界面Dと境界面(界面)Eのなす角度はφである。   After that, the first outgoing light 200 reaches the boundary surface B at an angle α4 <θc, is emitted to the external environment at a refraction angle α4 ′, and then is refracted at the boundary surface (interface) D of the optical element 102B. It is incident at α4 '. The optical element 102B has a refractive index n2, and the angle formed by the boundary surface D and the boundary surface (interface) E is φ.

光学素子102と光学素子102Bの間は屈折率n1の空気層となっており、光学素子102の境界面Bと光学素子102Bの境界面Dが平行になるように光学素子102と光学素子102Bは配置されているので、境界面Bへの入射角α4と境界面Dにおける屈折角α5は等しくなる。光学素子102と光学素子102Bの間の空気層は広くなるほど投射画像に影響が出る為、空気層の距離Lは10μm以下が望ましい。   An air layer having a refractive index n1 is provided between the optical element 102 and the optical element 102B, and the optical element 102 and the optical element 102B are arranged so that the boundary surface B of the optical element 102 and the boundary surface D of the optical element 102B are parallel to each other. Since they are arranged, the incident angle α4 on the boundary surface B and the refraction angle α5 on the boundary surface D are equal. The wider the air layer between the optical element 102 and the optical element 102B, the more the projected image is affected. Therefore, the distance L of the air layer is preferably 10 μm or less.

第1の出射光200は、屈折角α5で光学素子102B内を進み、光学素子102Bの境界面Eに角度α6<θcで到達し、屈折角α7で外部環境に出射され、投射部104に入射される。   The first emitted light 200 travels inside the optical element 102B at a refraction angle α5, reaches the boundary surface E of the optical element 102B at an angle α6 <θc, is emitted to the external environment at a refraction angle α7, and enters the projection unit 104. To be done.

外部環境の屈折率n1=1.00、光学素子の屈折率n2=1.59の条件とすると、各種パラメータの具体例は下記の通りになる。
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
Assuming that the refractive index of the external environment is n1 = 1.00 and the refractive index of the optical element is n2 = 1.59, specific examples of various parameters are as follows.
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

図8は、図1に示した光学系100の第4の変形例を示す断面図である。   FIG. 8 is a sectional view showing a fourth modification of the optical system 100 shown in FIG.

光学系100は、図6に示した光学素子102Bに代えて、三角プリズムにより構成される光学素子102Cを備える。光学素子102Cは、光学素子102を透過した第1の出射光200を反射し、光学素子102Bにより反射された第1の出射光200は、投射部104に導光されて入射して投射対象に投射される   The optical system 100 includes an optical element 102C configured by a triangular prism, instead of the optical element 102B shown in FIG. The optical element 102C reflects the first outgoing light 200 that has passed through the optical element 102, and the first outgoing light 200 that is reflected by the optical element 102B is guided to the projection unit 104 and is incident on the projection target. Projected

以上の構成により、第2の出射光201を第1の出射光200からさらに遠ざけることができるため、第2の出射光201が投射部104に入射することを抑制できる。これにより、第1の出射光200を出射する場合の投射対象における輝度と、第2の出射光201を出射する場合の投射対象における輝度との、輝度差を確実に大きくすることができる。   With the above configuration, the second emitted light 201 can be further distanced from the first emitted light 200, so that the second emitted light 201 can be suppressed from entering the projection unit 104. As a result, it is possible to surely increase the brightness difference between the brightness of the projection target when the first outgoing light 200 is emitted and the brightness of the projection target when the second outgoing light 201 is emitted.

図9は、図8に示した光学素子102、光学素子102Cおよび光変調素子103の光路を示す断面図である。図中、左下の丸で囲ってある部分は、右上の丸で囲ってある部分の拡大図である。   FIG. 9 is a sectional view showing the optical paths of the optical element 102, the optical element 102C, and the light modulation element 103 shown in FIG. In the figure, the circled portion at the lower left is an enlarged view of the circled portion at the upper right.

入射光(照射光)250および第2の出射光201の光路は、図2と同じであるため、説明を省略する。   The optical paths of the incident light (irradiation light) 250 and the second outgoing light 201 are the same as those in FIG.

第1の出射光200(破線)は、光変調素子103表面の法線となす角α1に向けて、光変調素子103で反射されて、光学素子102の境界面Cに入射角α2で入射し、屈折角α3で光学素子102内を進む。   The first emitted light 200 (broken line) is reflected by the light modulation element 103 toward an angle α1 formed with the normal line of the surface of the light modulation element 103, and is incident on the boundary surface C of the optical element 102 at an incidence angle α2. , Proceeds through the optical element 102 at a refraction angle α3.

その後、第1の出射光200は、境界面Bに角度α4<θcで到達し、屈折角α4’で外部環境に射出され、その次に、光学素子102Cの境界面Dに屈折角α4’で入射される。光学素子102Cは、屈折率n2であり、境界面Dと境界面Eのなす角度はφである。   Then, the first outgoing light 200 reaches the boundary surface B at an angle α4 <θc and is emitted to the external environment at a refraction angle α4 ′, and then at the boundary surface D of the optical element 102C at a refraction angle α4 ′. It is incident. The optical element 102C has a refractive index n2, and the angle between the boundary surface D and the boundary surface E is φ.

光学素子102と光学素子102Cの間は屈折率n1の空気層となっており、光学素子102の境界面Bと光学素子102Cの境界面Dは平行になるように光学素子102と光学素子102Cは配置されているので、境界面Bへの入射角α4と面Dにおける屈折角α5は等しくなる。光学素子102と光学素子102Cの間空気層は広くなるほど投射画像に影響が出る為、空気層の距離Lは10μm以下が望ましい。   An air layer having a refractive index n1 is formed between the optical element 102 and the optical element 102C, and the optical element 102 and the optical element 102C are arranged such that the boundary surface B of the optical element 102 and the boundary surface D of the optical element 102C are parallel to each other. Since they are arranged, the incident angle α4 on the boundary surface B and the refraction angle α5 on the surface D are equal. The wider the air layer between the optical element 102 and the optical element 102C, the more the projected image is affected. Therefore, the distance L of the air layer is preferably 10 μm or less.

第1の出射光200は、屈折角α5で光学素子102C内を進み、光学素子102Cの境界面Eに角度α6≧θcで到達する。その後、第1の出射光200は、境界面Eで全反射された後、境界面(界面)Fに角度α6’で到達し、屈折角α’で外部環境に出射され‘、投射部104に入射される。   The first outgoing light 200 travels inside the optical element 102C at a refraction angle α5 and reaches the boundary surface E of the optical element 102C at an angle α6 ≧ θc. After that, the first emitted light 200 is totally reflected on the boundary surface E, then reaches the boundary surface (interface) F at an angle α6 ′, and is emitted to the external environment at a refraction angle α ′ ′ to the projection unit 104. It is incident.

外部環境の屈折率n1=1.00、光学素子の屈折率n2=1.59の条件とすると、各種パラメータの具体例は下記の通りになる。
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
Assuming that the refractive index of the external environment is n1 = 1.00 and the refractive index of the optical element is n2 = 1.59, specific examples of various parameters are as follows.
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

以上の構成により、第2の出射光201を第1の出射光200からさらに遠ざけることができる。   With the above configuration, the second emitted light 201 can be further separated from the first emitted light 200.

図10は、図1に示した光学系100の第5の変形例を示す断面図である。光学系100は、図1に示した光学素子102に代えて、三角プリズムにより構成される光学素子102Rを備える。   FIG. 10 is a sectional view showing a fifth modification of the optical system 100 shown in FIG. The optical system 100 includes an optical element 102R configured by a triangular prism, instead of the optical element 102 shown in FIG.

光学素子102Rは、光変調素子103から第1の方向に出射された第1の出射光200を境界面Aで反射し、光源101から照射される照射光250および光変調素子103から第2の方向に出射された第2の出射光201を境界面Aおよび境界面Bで透過する。   The optical element 102R reflects the first emission light 200 emitted from the light modulation element 103 in the first direction at the boundary surface A, and irradiates the irradiation light 250 emitted from the light source 101 and the second light from the light modulation element 103. The second emission light 201 emitted in the direction is transmitted through the boundary surface A and the boundary surface B.

光学素子102Rにより反射された第1の出射光200は、投射部104に導光されて入射して投射対象に投射され、光学素子102Rを透過した第2の出射光201は、不要光として処理され、例えば機構的なシボや光吸収帯に入射することにより再反射を防止してもよい。   The first outgoing light 200 reflected by the optical element 102R is guided to the projection unit 104, is incident on the projection target, and is projected on the projection target. The second outgoing light 201 transmitted through the optical element 102R is processed as unnecessary light. The re-reflection may be prevented by, for example, entering a mechanical grain or a light absorption band.

また、光変調素子103は、第2の出射光201の光線が、入射光250の光線を挟んで第1の出射光200の光線の反対側に位置するように、第1、第2の出射光200、201を出射する。   Further, the light modulation element 103 is arranged so that the light beam of the second emitted light 201 is located on the opposite side of the light beam of the first emitted light 200 with the light beam of the incident light 250 interposed therebetween. Emit light 200 and 201.

さらに、光学素子102Rは、光源101から照射される照射光250を、入射光250として光変調素子103に向けて透過する。   Further, the optical element 102R transmits the irradiation light 250 emitted from the light source 101 toward the light modulation element 103 as incident light 250.

以上の構成により、第2の出射光201を第1の出射光200から遠ざけることができるため、第2の出射光201が投射部104に入射することを抑制できる。これにより、第1の出射光200を出射する場合の投射対象における輝度と、第2の出射光201を出射する場合の投射対象における輝度との、輝度差を大きくすることができる。   With the above configuration, the second emitted light 201 can be kept away from the first emitted light 200, so that the second emitted light 201 can be suppressed from entering the projection unit 104. This makes it possible to increase the luminance difference between the luminance of the projection target when the first emitted light 200 is emitted and the luminance of the projection target when the second emitted light 201 is emitted.

そして、光変調素子103への入射光250の光線は、光変調素子103からの第1の出射光200の光線と第2の出射光201の光線の間に配置されているので、光路構成および光学素子102Rをコンパクトにすることができる。   Since the light ray of the incident light 250 on the light modulation element 103 is arranged between the light ray of the first emitted light 200 and the light ray of the second emitted light 201 from the light modulation element 103, the optical path configuration and The optical element 102R can be made compact.

さらに、光変調素子103への入射側と出射側で同じ光学素子102Rを用いることにより、光学系100をコンパクトにすることができる。   Further, the optical system 100 can be made compact by using the same optical element 102R on the incident side and the emitting side of the light modulation element 103.

図11は、図10に示した光学素子102Rおよび光変調素子103の光路を示す断面図である。   FIG. 11 is a sectional view showing the optical paths of the optical element 102R and the light modulation element 103 shown in FIG.

まず、光源から照射された照射光250(実線)は、屈折率n1の外部環境と屈折率n2の光学素子102Rの境界面Aに入射角θ1で入射され、θ2で屈折される。この入射面の境界面Aでは、Snellの法則に則る。なお、屈折率n1とn2の関係はn1<n2である。   First, the irradiation light 250 (solid line) emitted from the light source enters the boundary surface A between the external environment having the refractive index n1 and the optical element 102R having the refractive index n2 at the incident angle θ1 and is refracted at θ2. The boundary surface A of the incident surface conforms to Snell's law. The relationship between the refractive indices n1 and n2 is n1 <n2.

境界面Aに入射したθ2の角度成分を持つ光線は、光学素子102Rの境界面Bに対してθ3の角度成分で到達する。この時に、境界面Bでは全反射条件の臨界角θcに対して、θ3は以下の関係を取り、光は透過する(θ3<θc:θc[=arcsin(n1/n2){n1<n2}])。   A ray having an angle component of θ2 incident on the boundary surface A reaches the boundary surface B of the optical element 102R with an angle component of θ3. At this time, on the boundary surface B, with respect to the critical angle θc of the total reflection condition, θ3 has the following relationship, and light is transmitted (θ3 <θc: θc [= arcsin (n1 / n2) {n1 <n2}). ).

境界面Bで透過された光線は、屈折角θ4で外部環境に出射される。そして、光変調素子103の表面に対して角度θ5で到達され、入射光250として光変調素子103に入射し、光変調素子103にて反射、変調される。   The light ray transmitted at the boundary surface B is emitted to the external environment at a refraction angle θ4. Then, it reaches the surface of the light modulation element 103 at an angle θ5, enters the light modulation element 103 as incident light 250, and is reflected and modulated by the light modulation element 103.

光変調素子103により変調された出射光は、α方向(第1の方向)に出射される第1の出射光201とβ方向(第2の方向)に出射される第2の出射光201に最低限分けられる。第1の出射光200は、必要光として投射部104に導光され、第2の出射光201は、不要光として投射部104とは異なる位置に逃がして処理される。   The emitted light modulated by the light modulator 103 is divided into a first emitted light 201 emitted in the α direction (first direction) and a second emitted light 201 emitted in the β direction (second direction). At least divided. The first outgoing light 200 is guided as necessary light to the projection unit 104, and the second outgoing light 201 is escaped to a position different from that of the projection unit 104 as unnecessary light and processed.

第1の出射光200(破線)は、光変調素子103表面の法線となす角α1として、光変調素子103で反射されて、境界面Bに入射角α2で入射し、屈折角α3で光学素子102R内を進む。   The first emitted light 200 (broken line) is reflected by the light modulation element 103 as an angle α1 formed with the normal line of the surface of the light modulation element 103, enters the boundary surface B at an incidence angle α2, and is optically reflected at a refraction angle α3. Proceed through the element 102R.

その後、第1の出射光200は、境界面Aに角度α4≧θcで到達して全反射され、境界面Cに向かう。   After that, the first outgoing light 200 reaches the boundary surface A at an angle α4 ≧ θc, is totally reflected, and goes to the boundary surface C.

そして、第1の出射光200は、境界面Cでは屈折角α6で外部環境に出射され、投射部104に入射される。   Then, the first emitted light 200 is emitted to the external environment at the boundary surface C at a refraction angle α6 and is incident on the projection unit 104.

これに対して第2の出射光201は、光変調素子103表面の法線となす角β1として、光変調素子103で反射され、境界面Bに入射角β2で入射し、屈折角β3で光学素子102R内を進む。   On the other hand, the second emitted light 201 is reflected by the light modulation element 103 as an angle β1 formed with the normal line of the surface of the light modulation element 103, enters the boundary surface B at an incident angle β2, and is optically reflected at a refraction angle β3. Proceed through the element 102R.

その後、第2の出射光201は境界面Aに角度β4<θcで到達し、屈折角β5で外部環境に出射される。   After that, the second emitted light 201 reaches the boundary surface A at an angle β4 <θc and is emitted to the external environment at a refraction angle β5.

外部環境の屈折率n1=1.00、光学素子の屈折率n2=1.59の条件とすると、各種パラメータの具体例は下記の通りになる。
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
Assuming that the refractive index of the external environment is n1 = 1.00 and the refractive index of the optical element is n2 = 1.59, specific examples of various parameters are as follows.
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

以上の構成により、光学素子102Rの境界面Aを介して必要光としての第1の出射光200と、不要光としての第2の出射光201を明確に分離して第2の出射光201を第1の出射光200から遠ざけることができる。   With the above configuration, the first emitted light 200 as the necessary light and the second emitted light 201 as the unnecessary light are clearly separated through the boundary surface A of the optical element 102R to form the second emitted light 201. It can be kept away from the first emitted light 200.

そして、光変調素子103への入射光250の光線は、光変調素子103からの第1の出射光200の光線と第2の出射光201の光線の間に配置されているので、光路構成および光学素子102Rをコンパクトにすることができる。   Since the light ray of the incident light 250 on the light modulation element 103 is arranged between the light ray of the first emitted light 200 and the light ray of the second emitted light 201 from the light modulation element 103, the optical path configuration and The optical element 102R can be made compact.

さらに、光変調素子103への入射側と出射側で同じ光学素子102Rを用いることにより、光学系100をコンパクトにすることができる。   Further, the optical system 100 can be made compact by using the same optical element 102R on the incident side and the emitting side of the light modulation element 103.

また、光学素子102Rの境界面Aは、第1の出射光200を反射し、第2の出射光201および照射光250を透過するため、同一の境界面で反射・透過することで、第1の出射光200に対して、第2の出射光201と照射光250を同じ側に配置することが可能になり、光学素子102Rおよび光学系100をコンパクトにすることができる。   Further, the boundary surface A of the optical element 102R reflects the first outgoing light 200 and transmits the second outgoing light 201 and the irradiation light 250. Therefore, by reflecting and transmitting at the same boundary surface, The second emitted light 201 and the irradiation light 250 can be arranged on the same side with respect to the emitted light 200, and the optical element 102R and the optical system 100 can be made compact.

以上説明した本実施形態に係る光学系100は、境界面に特徴を有しない形態の場合、光源101から照射される照射光を、光学素子102、102Rを介することなく、光変調素子103に入射してもよい。その場合、光変調素子103は、入射光を互いに異なる方向である第1の方向または第2の方向に透過して出射する透過型により構成しても良い。また、本実施形態における光源101は、LD、LEDに限らず、有機EL素子等の他の発光素子を用いても良い。   In the case where the optical system 100 according to the present embodiment described above does not have a feature in the boundary surface, the irradiation light emitted from the light source 101 is incident on the light modulation element 103 without passing through the optical elements 102 and 102R. You may. In that case, the light modulation element 103 may be configured as a transmissive type that transmits incident light in a first direction or a second direction which are different from each other and emits the light. Further, the light source 101 in the present embodiment is not limited to the LD and the LED, and other light emitting elements such as an organic EL element may be used.

図12は、本発明の一実施形態としての画像投射装置300を示す断面図である。   FIG. 12 is a sectional view showing an image projection device 300 as an embodiment of the present invention.

画像投射装置300は、フロント投射型プロジェクタであり、スクリーン400に画像を投射する。画像投射装置300は、自動車に搭載されることを想定しているが、これに限られるものではなく、様々な用途に用いることが可能であり、バイクや航空機などに搭載することもできる。   The image projection device 300 is a front projection type projector and projects an image on the screen 400. The image projection device 300 is supposed to be mounted on an automobile, but the present invention is not limited to this, and can be used for various purposes, and can be mounted on a motorcycle, an aircraft, or the like.

図12に示す画像投射装置300は、光源101と、リレー光学系301と、光学素子102と、光変調素子103と、投射光学系104とを備える。   The image projection apparatus 300 shown in FIG. 12 includes a light source 101, a relay optical system 301, an optical element 102, a light modulation element 103, and a projection optical system 104.

光源101、光学素子102、光変調素子103および投射光学系104は、図1〜12にて説明した光学系100における光源101、光学素子102、102R、光変調素子103および投射光学系104と同様に構成される。   The light source 101, the optical element 102, the light modulation element 103, and the projection optical system 104 are the same as the light source 101, the optical elements 102 and 102R, the light modulation element 103, and the projection optical system 104 in the optical system 100 described in FIGS. Is composed of.

光源101は、赤色(R)、青色(B)、緑色(G)の3つの色と1対1に対応する3つの色光源11R、11B、11Gと、反射する光の波長および透過する波長の光が予め定められているダイクロイックミラー12、13とを含む。   The light source 101 includes three color light sources 11R, 11B, and 11G corresponding to three colors of red (R), blue (B), and green (G) in a one-to-one correspondence with the wavelength of reflected light and the wavelength of transmitted light. Dichroic mirrors 12, 13 whose light is predetermined.

リレー光学系301は、フライアイレンズ14、コンデンサレンズ15、折り返しミラー16を含み、光源101から照射される照射光250を光学素子102に導光する   The relay optical system 301 includes a fly-eye lens 14, a condenser lens 15, and a folding mirror 16, and guides irradiation light 250 emitted from the light source 101 to the optical element 102.

光変調素子103は、入射光250を画像データに基づいて変調する。光変調素子103は、DMDで構成され、入力された画像データに基づいて各マイクロミラーを時分割駆動することにより、画像データに基づく画像へと光を加工して反射する。   The light modulation element 103 modulates the incident light 250 based on the image data. The light modulation element 103 is composed of a DMD, and drives each micromirror on a time-division basis based on input image data to process and reflect light into an image based on the image data.

以上の構成において、光学素子102は、リレー光学系301から導光される照射光250を境界面Bで反射し、入射光250として光変調素子103に向けて入射させる。   In the above configuration, the optical element 102 reflects the irradiation light 250 guided from the relay optical system 301 at the boundary surface B and makes it incident as the incident light 250 toward the light modulation element 103.

光変調素子103は、各マイクロミラーを時分割駆動することにより、入射光250を第1の方向に反射して第1の出射光200を出射する場合と、入射光250を第2の方向に反射して第2の出射光201を出射する場合と、を切り替える。光変調素子103は、第2の出射光201の光線が、入射光250の光線を挟んで第1の出射光200の光線の反対側に位置するように、第1、第2の出射光200、201を出射する。光学素子102は、光変調素子103から第1の方向に出射された第1の出射光200を透過し、光変調素子103から第2の方向に出射された第2の出射光201を境界面Bで反射する。   The light modulation element 103 drives the respective micromirrors in a time-division manner to reflect the incident light 250 in the first direction and emit the first outgoing light 200, and when the incident light 250 is directed in the second direction. The case of reflecting and emitting the second outgoing light 201 is switched. The light modulation element 103 is arranged so that the light beam of the second emitted light 201 is located on the opposite side of the light beam of the first emitted light 200 with the light beam of the incident light 250 interposed therebetween. , 201 is emitted. The optical element 102 transmits the first emission light 200 emitted from the light modulation element 103 in the first direction and transmits the second emission light 201 emitted from the light modulation element 103 in the second direction on the boundary surface. Reflect at B.

光学素子102を透過した第1の出射光200は、画像データに基づく画像を形成するON光として投射部104へ導光され、第2の方向に出射された第2の出射光201は、画像を形成しないOFF光として処理され、例えば機構的なシボや光吸収帯に入射することにより再反射を防止してもよい。   The first emitted light 200 that has passed through the optical element 102 is guided to the projection unit 104 as ON light that forms an image based on image data, and the second emitted light 201 emitted in the second direction is an image. Re-reflection may be prevented by being treated as OFF light that does not form light, and may enter a mechanical grain or a light absorption band, for example.

投射部104は、第1の出射光200をスクリーン400に投射して画像(入力された画像データに基づく画像)を形成する。スクリーン400は、マルチレイヤーアレイ(MLA)でもよい。   The projection unit 104 projects the first emitted light 200 onto the screen 400 to form an image (an image based on the input image data). The screen 400 may be a multi-layer array (MLA).

以上の構成により、光学素子102の境界面Bを介して画像を形成するON光としての第1の出射光200と、画像を形成しないOFF光としての第2の出射光201を明確に分離して第2の出射光201を第1の出射光200から遠ざけることができる。これにより、第2の出射光201が投射部104に入射することを抑制でき、第1の出射光200を出射する場合のスクリーン400における輝度と、第2の出射光201を出射する場合のスクリーン400における輝度との、輝度差を大きくすることができる。よって、スクリーン400に投射される画像の品質を向上させることができる。   With the above configuration, the first emitted light 200 as ON light that forms an image and the second emitted light 201 as OFF light that does not form an image are clearly separated via the boundary surface B of the optical element 102. As a result, the second emitted light 201 can be kept away from the first emitted light 200. Accordingly, it is possible to suppress the second emitted light 201 from entering the projection unit 104, the brightness of the screen 400 when the first emitted light 200 is emitted, and the screen when the second emitted light 201 is emitted. The difference in brightness from the brightness at 400 can be increased. Therefore, the quality of the image projected on the screen 400 can be improved.

そして、光変調素子103への入射光250の光線は、光変調素子103からの第1の出射光200の光線と第2の出射光201の光線の間に配置されているので、光路構成および光学素子102をコンパクトにすることができる。   Since the light ray of the incident light 250 on the light modulation element 103 is arranged between the light ray of the first emitted light 200 and the light ray of the second emitted light 201 from the light modulation element 103, the optical path configuration and The optical element 102 can be made compact.

さらに、光変調素子103への入射側と出射側で同じ光学素子102を用いること、および光源101からの照射光250と第2の出射光201を光学素子102の同一の境界面Bで反射することにより、光学系100をコンパクトにすることができる。   Further, the same optical element 102 is used on the incident side and the emitting side of the light modulation element 103, and the irradiation light 250 from the light source 101 and the second emission light 201 are reflected by the same boundary surface B of the optical element 102. As a result, the optical system 100 can be made compact.

また、境界面Bは、第1の出射光200を透過し、第2の出射光201および照射光250を反射するため、同一の境界面で反射・透過することで、第1の出射光200に対して、第2の出射光201と照射光250を同じ側に配置することが可能になり、光学素子102および光学系100をコンパクトにすることができる。   Further, since the boundary surface B transmits the first outgoing light 200 and reflects the second outgoing light 201 and the irradiation light 250, the first outgoing light 200 is reflected and transmitted at the same boundary surface. On the other hand, the second emitted light 201 and the irradiation light 250 can be arranged on the same side, and the optical element 102 and the optical system 100 can be made compact.

図13は、図1に示した光学系100の第6の変形例を示す断面図である。   FIG. 13 is a sectional view showing a sixth modification of the optical system 100 shown in FIG.

光学系100は、図1に示した構成に加えて、光学素子102と光変調素子103との間に配置される第2の光学素子105を備える。第2の光学素子105は、光変調素子103の表面(基板)に平行に配置されたカバーガラスにより構成されており、光学素子102により反射された照射光205を入射して光変調素子103に向けて出射するとともに、第1の出射光200および第2の出射光201を入射して光学素子102に向けて出射する。   The optical system 100 includes a second optical element 105 arranged between the optical element 102 and the light modulation element 103, in addition to the configuration shown in FIG. The second optical element 105 is composed of a cover glass arranged in parallel with the surface (substrate) of the light modulation element 103, and makes the irradiation light 205 reflected by the optical element 102 enter the light modulation element 103. The first emitted light 200 and the second emitted light 201 are made incident, and emitted toward the optical element 102.

以上の構成において、光学素子102は、光源101から照射される照射光250を境界面Bで反射し、第2の光学素子105に向けて入射させる。第2の光学素子102は、光学素子102の境界面Bで反射された照射光250を透過して、入射光250として光変調素子103に向けて入射させる。光学素子102の境界面Bで反射された照射光250の一部は、第2の光学素子105で透過されずに第2の光学素子105の表面で反射された反射光251となる。   In the above configuration, the optical element 102 reflects the irradiation light 250 emitted from the light source 101 at the boundary surface B and makes it enter the second optical element 105. The second optical element 102 transmits the irradiation light 250 reflected by the boundary surface B of the optical element 102 and makes it enter the light modulation element 103 as incident light 250. A part of the irradiation light 250 reflected by the boundary surface B of the optical element 102 becomes the reflected light 251 reflected by the surface of the second optical element 105 without being transmitted by the second optical element 105.

光変調素子103は、第2の出射光201の光線が、入射光250の光線および反射光251を挟んで第1の出射光200の光線の反対側に位置するように、第1、第2の出射光200、201を出射する。第2の光学素子105は、光変調素子103から出射された第1の出射光200および第2の出射光201を透過して、光学素子102に向けて出射する。   The light modulation element 103 is arranged so that the light beam of the second emitted light 201 is located on the opposite side of the light beam of the first emitted light 200 with the light beam of the incident light 250 and the reflected light 251 interposed therebetween. The emitted light 200, 201 is emitted. The second optical element 105 transmits the first emitted light 200 and the second emitted light 201 emitted from the light modulation element 103 and emits them toward the optical element 102.

光学素子102は、第1の出射光200を境界面Cおよび境界面Bで透過し、反射光251及び第2の出射光201を境界面Bで反射する。   The optical element 102 transmits the first emitted light 200 on the boundary surface C and the boundary surface B, and reflects the reflected light 251 and the second emitted light 201 on the boundary surface B.

光学素子102を透過した第1の出射光200は、投射部104に導光されて入射して投射対象に投射され、光学素子102に反射された反射光251及び第2の出射光201は、不要光として処理され、例えば機構的なシボや光吸収帯に入射することにより再反射を防止される。   The first outgoing light 200 that has passed through the optical element 102 is guided to the projection unit 104, enters, is projected onto the projection target, and the reflected light 251 and the second outgoing light 201 reflected by the optical element 102 are: It is treated as unnecessary light, and re-reflection is prevented by, for example, entering a mechanical grain or a light absorption band.

以上の構成により、不要光としての反射光251及び第2の出射光201を第1の出射光200から遠ざけることができるため、反射光251及び第2の出射光201が投射部104に入射することを抑制できる。これにより、第1の出射光200を出射する場合の投射対象における輝度と、第2の出射光201を出射する場合の投射対象における輝度との、輝度差を大きくすることができる。   With the above configuration, the reflected light 251 and the second emitted light 201 as unnecessary light can be kept away from the first emitted light 200, so that the reflected light 251 and the second emitted light 201 enter the projection unit 104. Can be suppressed. This makes it possible to increase the luminance difference between the luminance of the projection target when the first emitted light 200 is emitted and the luminance of the projection target when the second emitted light 201 is emitted.

よって、投射部104を光学素子102に近づけた場合でも、不要光が投射部104へ入射することを抑制できるため、光学素子102と投射部104を近づけることが可能になる。これにより、光学系100をコンパクトにするともに、倍率を上げて投射対象の広角化も容易に行うことも可能になる。   Therefore, even when the projection unit 104 is brought close to the optical element 102, it is possible to suppress unnecessary light from entering the projection unit 104, and thus it is possible to bring the optical element 102 and the projection unit 104 close to each other. This makes it possible to make the optical system 100 compact and increase the magnification to easily widen the angle of projection.

そして、光変調素子103への入射光250の光線及び反射光251の光線は、光変調素子103からの第1の出射光200の光線と第2の出射光201の光線の間に配置されているので、光路構成および光学素子102をコンパクトにすることができる。   The light ray of the incident light 250 and the light ray of the reflected light 251 to the light modulation element 103 are arranged between the light ray of the first emission light 200 and the light ray of the second emission light 201 from the light modulation element 103. Therefore, the optical path structure and the optical element 102 can be made compact.

さらに、光変調素子103への入射側と出射側で同じ光学素子102を用いること、および光源101からの照射光250、第2の出射光201及び反射光251を光学素子102の同一の境界面Bで反射することにより、光学系100をコンパクトにすることができる。   Furthermore, the same optical element 102 is used on the incident side and the emitting side of the light modulation element 103, and the irradiation light 250, the second emission light 201, and the reflected light 251 from the light source 101 are formed on the same boundary surface of the optical element 102. By reflecting at B, the optical system 100 can be made compact.

また、境界面Bは、第1の出射光200を透過し、照射光250、第2の出射光201および反射光251を反射するため、同一の境界面で反射・透過することで、第1の出射光200に対して、照射光250、第2の出射光201および反射光251を同じ側に配置することが可能になり、光学素子102および光学系100をコンパクトにすることができる。   Further, the boundary surface B transmits the first outgoing light 200 and reflects the irradiation light 250, the second outgoing light 201, and the reflected light 251, so that the boundary surface B is reflected / transmitted at the same boundary surface. The emitted light 250, the second emitted light 201, and the reflected light 251 can be arranged on the same side with respect to the emitted light 200, and the optical element 102 and the optical system 100 can be made compact.

図14は、図13に示した光学素子102、第2の光学素子105および光変調素子103の光路を示す断面図である。   FIG. 14 is a sectional view showing the optical paths of the optical element 102, the second optical element 105, and the light modulation element 103 shown in FIG.

まず、光源101から照射された照射光250(実線)は、屈折率n1の外部環境と屈折率n2の光学素子102の境界面Aに入射角θ1で入射され、θ2で屈折される。θ1とθ2の関係はSnellの法則に則る(n2/n1=sinθ1/sinθ2)。なお、屈折率n1とn2の関係はn1<n2である。   First, the irradiation light 250 (solid line) emitted from the light source 101 is incident on the boundary surface A between the external environment having the refractive index n1 and the optical element 102 having the refractive index n2 at the incident angle θ1 and is refracted at θ2. The relationship between θ1 and θ2 follows Snell's law (n2 / n1 = sin θ1 / sin θ2). The relationship between the refractive indices n1 and n2 is n1 <n2.

境界面Aに入射したθ2の角度成分を持つ光線は、光学素子102の境界面Bに対してθ3の角度成分で到達する。この時に、境界面Bでは全反射条件の臨界角θcに設定しているので、光線は全反射される(θ3≧θc:θc[=arcsin(n1/n2){n1<n2}])。   A ray having an angle component of θ2 incident on the boundary surface A reaches the boundary surface B of the optical element 102 with an angle component of θ3. At this time, since the critical angle θc of the total reflection condition is set on the boundary surface B, the light ray is totally reflected (θ3 ≧ θc: θc [= arcsin (n1 / n2) {n1 <n2}]).

境界面Bで全反射された光線は、光学素子102の境界面Cに角度θ4で到達し、屈折角θ5で外部環境に出射される。   The light ray totally reflected at the boundary surface B reaches the boundary surface C of the optical element 102 at an angle θ4 and is emitted to the external environment at a refraction angle θ5.

そして、第2の光学素子105を透過し、光変調素子103の表面に対して角度θ6で到達され、入射光250として光変調素子103に入射し、光変調素子103にて反射、変調される。   Then, the light passes through the second optical element 105, reaches the surface of the light modulation element 103 at an angle θ6, enters the light modulation element 103 as incident light 250, and is reflected and modulated by the light modulation element 103. ..

光変調素子103により変調された出射光は、α方向(第1の方向)に出射される第1の出射光200とβ方向(第2の方向)に出射される第2の出射光201に最低限分けられる。   The emitted light modulated by the light modulator 103 is divided into a first emitted light 200 emitted in the α direction (first direction) and a second emitted light 201 emitted in the β direction (second direction). At least divided.

また、このとき、γ方向(第3の方向)には第2の光学素子105で透過されずに第2の光学素子105の表面で反射された反射光251が出射される。第1の出射光200は、必要光として投射部104に導光され、第2の出射光201及び反射光251は、不要光として投射部104とは異なる位置に逃がして処理される。   Further, at this time, the reflected light 251 reflected by the surface of the second optical element 105 without being transmitted by the second optical element 105 in the γ direction (third direction) is emitted. The first emitted light 200 is guided to the projection unit 104 as necessary light, and the second emitted light 201 and the reflected light 251 are emitted as unnecessary light to a position different from the projection unit 104 and processed.

第1の出射光200(破線)は、光変調素子103表面の法線となす角α1に向けて、光変調素子103で反射されて、境界面Cに入射角α2で入射し、屈折角α3で光学素子102内を進む。   The first outgoing light 200 (broken line) is reflected by the light modulation element 103 toward an angle α1 formed with the normal line of the surface of the light modulation element 103, enters the boundary surface C at an incidence angle α2, and has a refraction angle α3. To proceed inside the optical element 102.

その後、第1の出射光200は、境界面Bに角度α4<θcで到達し、屈折角α5で外部環境に出射され、投射部104に入射される。   After that, the first emitted light 200 reaches the boundary surface B at an angle α4 <θc, is emitted to the external environment at a refraction angle α5, and is incident on the projection unit 104.

これに対して第2の出射光201(一点鎖線)は、光変調素子103表面の法線となす角β1に向けて、光変調素子103で反射される。ここで、第2の出射光201の光線は、入射光250の光線を挟んで第1の出射光200の光線の反対側に位置している。   On the other hand, the second outgoing light 201 (dashed-dotted line) is reflected by the light modulation element 103 toward the angle β1 formed with the normal line of the surface of the light modulation element 103. Here, the ray of the second emitted light 201 is located on the opposite side of the ray of the first emitted light 200 with the ray of the incident light 250 interposed therebetween.

第2の出射光201は、境界面Cに入射角β2で入射し、屈折角β3で光学素子102内を進み、境界面Bに角度β4≧θcで到達して、その境界面Bで全反射し、境界面Aに向かう。   The second outgoing light 201 enters the boundary surface C at an incident angle β2, travels inside the optical element 102 at a refraction angle β3, reaches the boundary surface B at an angle β4 ≧ θc, and is totally reflected at the boundary surface B. Then, it goes to the boundary surface A.

そして、第2の出射光201は、境界面Aでは屈折角β6で外部環境に出射される。第2の出射光201は、例えば、機構的なシボや光吸収帯に入射することにより再反射を防止される。   Then, the second emitted light 201 is emitted to the external environment at the interface A with a refraction angle β6. The second emitted light 201 is prevented from being re-reflected by, for example, entering a mechanical grain or a light absorption band.

反射光251は、第2の光学素子105の表面において反射角γ1で反射される。その後、反射光251は、境界面Cに入射角γ2で入射し、屈折角γ3で光学素子102内を進み、境界面Bに角度γ4≧θcで到達して、境界面Bで全反射し、境界面Aに向かう。   The reflected light 251 is reflected on the surface of the second optical element 105 at a reflection angle γ1. After that, the reflected light 251 enters the boundary surface C at an incident angle γ2, travels inside the optical element 102 at a refraction angle γ3, reaches the boundary surface B at an angle γ4 ≧ θc, and is totally reflected at the boundary surface B, Go to boundary A.

反射光251は、境界面Aに対して角度γ5で到達し、屈折角γ6で外部環境に出射される。反射光251は、第2の出射光201と同様、例えば、機構的なシボや光吸収帯に入射することにより再反射を防止される。   The reflected light 251 reaches the boundary surface A at an angle γ5 and is emitted to the external environment at a refraction angle γ6. Similar to the second emitted light 201, the reflected light 251 is prevented from being re-reflected by being incident on, for example, a mechanical grain or a light absorption band.

外部環境の屈折率n1=1.00、光学素子の屈折率n2=1.64、光変調素子103の変調角が片側12度の条件とすると、各種パラメータの具体例は下記の通りになる。
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
Assuming that the refractive index of the external environment is n1 = 1.00, the refractive index of the optical element is n2 = 1.64, and the modulation angle of the light modulation element 103 is 12 degrees on one side, specific examples of various parameters are as follows.
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

以上について、境界面Bへの入射角が一致していたり、境界面B上での透過、全反射の条件が成立していたりすれば、第2の光学素子105以外での表面反射・散乱光といった他の不要光も取り除くことができる。   Regarding the above, if the incident angles to the boundary surface B are the same or if the conditions of transmission and total reflection on the boundary surface B are satisfied, the surface reflected / scattered light other than the second optical element 105 Other unnecessary light such as can be removed.

以上の構成により、光学素子102の境界面Bを介して必要光としての第1の出射光200と、不要光としての反射光251及び第2の出射光201を明確に分離して反射光251及び第2の出射光201を第1の出射光200から遠ざけることができる。これにより、反射光251及び第2の出射光201が投射部104に入射することを抑制でき、第1の出射光200を出射する場合の投射対象における輝度と、第2の出射光201を出射する場合の投射対象における輝度との、輝度差を大きくすることができる。   With the above configuration, the first emitted light 200 as the necessary light and the reflected light 251 and the second emitted light 201 as the unnecessary light are clearly separated through the boundary surface B of the optical element 102 and the reflected light 251 is obtained. Further, the second emitted light 201 can be separated from the first emitted light 200. As a result, the reflected light 251 and the second emitted light 201 can be suppressed from entering the projection unit 104, and the brightness of the projection target when the first emitted light 200 is emitted and the second emitted light 201 are emitted. It is possible to increase the brightness difference from the brightness of the projection target in the case of.

よって、投射部104を光学素子102に近づけた場合でも、不要光が投射部104へ入射することを抑制できるため、光学素子102と投射部104を近づけることが可能になる。これにより、光学系100をコンパクトにするともに、倍率を上げて投射対象の広角化も容易に行うことも可能になる。   Therefore, even when the projection unit 104 is brought close to the optical element 102, it is possible to suppress unnecessary light from entering the projection unit 104, and thus it is possible to bring the optical element 102 and the projection unit 104 close to each other. This makes it possible to make the optical system 100 compact and increase the magnification to easily widen the angle of projection.

そして、光変調素子103への入射光250の光線及び反射光251の光線は、光変調素子103からの第1の出射光200の光線と第2の出射光201の光線の間に配置されているので、光路構成および光学素子102をコンパクトにすることができる。   The light ray of the incident light 250 and the light ray of the reflected light 251 to the light modulation element 103 are arranged between the light ray of the first emission light 200 and the light ray of the second emission light 201 from the light modulation element 103. Therefore, the optical path structure and the optical element 102 can be made compact.

さらに、光変調素子103への入射側と出射側で同じ光学素子102を用いること、および光源101からの照射光250と第2の出射光201及び反射光251を光学素子102の同一の境界面Bで反射することにより、光学系100をコンパクトにすることができる。   Further, the same optical element 102 is used on the input side and the output side of the light modulation element 103, and the irradiation light 250 from the light source 101 and the second emission light 201 and the reflected light 251 are on the same boundary surface of the optical element 102. By reflecting at B, the optical system 100 can be made compact.

また、境界面Bは、第1の出射光200を透過し、照射光250、第2の出射光201および反射光251を反射するため、同一の境界面で反射・透過することで、第1の出射光200に対して、照射光250、第2の出射光201および反射光251を同じ側に配置することが可能になり、光学素子102および光学系100をコンパクトにすることができる。   Further, the boundary surface B transmits the first outgoing light 200 and reflects the irradiation light 250, the second outgoing light 201, and the reflected light 251, so that the boundary surface B is reflected / transmitted at the same boundary surface. The emitted light 250, the second emitted light 201, and the reflected light 251 can be arranged on the same side with respect to the emitted light 200, and the optical element 102 and the optical system 100 can be made compact.

続いて、図13および図14に示した光学系100において、LD(レーザダイオード)を含む光源101に代えて、図4に示したようなLED光源光学系を含む光源101Eを備えた場合について、以下に説明する。   Subsequently, in the case where the optical system 100 shown in FIGS. 13 and 14 is provided with the light source 101E including the LED light source optical system as shown in FIG. 4, in place of the light source 101 including the LD (laser diode), This will be described below.

外部環境の屈折率n1=1.00、光学素子の屈折率n2=1.641.59光変調素子103の変調角が片側12度の条件とすると、主光線120における各種パラメータの具体例は下記の通りになる。
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
Assuming that the refractive index of the external environment is n1 = 1.00 and the refractive index of the optical element is n2 = 1.641.59 and the modulation angle of the light modulation element 103 is 12 degrees on one side, specific examples of various parameters in the chief ray 120 are as follows. It becomes the street.
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

上光線121は光学素子102に対する入射角θ1が10度傾いているのと同義であるので、上光線121における各種パラメータの具体例は下記の通りになる。
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
Since the incident angle θ1 of the upper ray 121 with respect to the optical element 102 is inclined by 10 degrees, specific examples of various parameters of the upper ray 121 are as follows.
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

下光線122も上光線121と同様に、各種パラメータの具体例は下記の通りになる。
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
Similar to the upper ray 121, the lower ray 122 has the following specific examples of various parameters.
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

以上について、境界面Bへの入射角が一致していたり、境界面B上での透過、全反射の条件が成立していたりすれば、第2の光学素子105以外での表面反射・散乱光といった他の不要光も取り除くことができる。   Regarding the above, if the incident angles to the boundary surface B are the same or if the conditions of transmission and total reflection on the boundary surface B are satisfied, the surface reflected / scattered light other than the second optical element 105 Other unnecessary light such as can be removed.

本実施形態では光変調素子103の変調角が片側12度であるため、第1の出射光200の主光線120の延長線と反射光251の主光線120の延長線の成す角度は24度(半分の角度は12度)である。これに対して、各光の主光線120と上光線121または下光線122の成す角度は10度である。   In the present embodiment, since the modulation angle of the light modulation element 103 is 12 degrees on one side, the angle formed by the extension line of the principal ray 120 of the first outgoing light 200 and the extension line of the principal ray 120 of the reflected light 251 is 24 degrees ( Half the angle is 12 degrees). On the other hand, the angle formed by the principal ray 120 of each light and the upper ray 121 or the lower ray 122 is 10 degrees.

第1の出射光200と反射光251の各光における主光線120と上光線121または下光線122がなす角度が、第1の出射光200の主光線120の延長線と表面反射光251の主光線120の延長線の成す角度の半分以下であれば、上記以外の角度であってもよい。   The angle formed by the chief ray 120 and the upper ray 121 or the lower ray 122 in each of the first outgoing light 200 and the reflected light 251 is the extension of the principal ray 120 of the first outgoing light 200 and the principal ray of the surface reflected light 251. Angles other than the above may be used as long as they are half or less of the angle formed by the extension line of the light ray 120.

これにより、必要光である第1の出射光200と不要光である反射光251は第1の光学素子102の境界面Bを境に混ざることなく分離でき、第1の出射光200を出射する場合の投射対象における輝度と、第2の出射光201を出射する場合の投射対象における輝度との、輝度差を大きくすることができる。   As a result, the first emitted light 200 that is the necessary light and the reflected light 251 that is the unnecessary light can be separated without being mixed at the boundary surface B of the first optical element 102, and the first emitted light 200 is emitted. In this case, the difference in brightness between the brightness of the projection target in this case and the brightness of the projection target when the second outgoing light 201 is emitted can be increased.

図15は、図1に示した光学系100の第7の変形例を示す断面図である。   FIG. 15 is a sectional view showing a seventh modification of the optical system 100 shown in FIG.

光学系100は、図1に示した光学系100の第6の変形例である図13に示した構成に加えて、図6と同様に三角プリズムにより構成される光学素子102Bを備える。光学素子102Bは、光学素子102を透過した第1の出射光200を透過し、光学素子102Bを透過した第1の出射光200は、投射部104に導光されて入射して投射対象に投射される。これにより、収差の補正や出射方向の調整が容易となる。   The optical system 100 includes an optical element 102B configured by a triangular prism as in FIG. 6, in addition to the configuration shown in FIG. 13 which is the sixth modification of the optical system 100 shown in FIG. The optical element 102B transmits the first outgoing light 200 that has passed through the optical element 102, and the first outgoing light 200 that has passed through the optical element 102B is guided to the projection unit 104 and enters to be projected onto a projection target. To be done. This facilitates correction of aberrations and adjustment of the emission direction.

図16は、図15に示した光学素子102、光学素子102B、第2の光学素子105および光変調素子103の光路を示す断面図である。図中、左下の丸で囲ってある部分は、右上の丸で囲ってある部分の拡大図である。   16 is a cross-sectional view showing the optical paths of the optical element 102, the optical element 102B, the second optical element 105, and the light modulation element 103 shown in FIG. In the figure, the circled portion at the lower left is an enlarged view of the circled portion at the upper right.

入射光(照射光)250、第2の出射光201、反射光251の光路は、図14と同じであるため、説明を省略する。   The optical paths of the incident light (irradiation light) 250, the second emitted light 201, and the reflected light 251 are the same as those in FIG.

第1の出射光200(破線)は、光変調素子103表面の法線となす角α1に向けて、光変調素子103で反射されて、光学素子102の境界面Cに入射角α2で入射し、屈折角α3で光学素子102内を進む。   The first emitted light 200 (broken line) is reflected by the light modulation element 103 toward an angle α1 formed with the normal line of the surface of the light modulation element 103, and is incident on the boundary surface C of the optical element 102 at an incidence angle α2. , Proceeds through the optical element 102 at a refraction angle α3.

その後、第1の出射光200は、境界面Bに角度α4<θcで到達し、屈折角α4’で外部環境に射出され、その次に、光学素子102Bの境界面Dに屈折角α4’で入射される。光学素子102Bは、屈折率n2であり、境界面Dと境界面Eのなす角度はφである
Then, the first outgoing light 200 reaches the boundary surface B at an angle α4 <θc and is emitted to the external environment at a refraction angle α4 ′, and then at the boundary surface D of the optical element 102B at a refraction angle α4 ′. It is incident. The optical element 102B has a refractive index n2, and the angle formed by the boundary surface D and the boundary surface E is φ.

光学素子102と光学素子102Bの間は屈折率n1の空気層となっており、光学素子102の境界面Bと光学素子102Bの境界面Dが平行になるように光学素子102と光学素子102Bは配置されているので、境界面Bへの入射角α4と境界面Dにおける屈折角α5は等しくなる。光学素子102と光学素子102Bの間の空気層は広くなるほど投射画像に影響が出る為、空気層の距離Lは10μm以下が望ましい。   An air layer having a refractive index n1 is provided between the optical element 102 and the optical element 102B, and the optical element 102 and the optical element 102B are arranged so that the boundary surface B of the optical element 102 and the boundary surface D of the optical element 102B are parallel to each other. Since they are arranged, the incident angle α4 on the boundary surface B and the refraction angle α5 on the boundary surface D are equal. The wider the air layer between the optical element 102 and the optical element 102B, the more the projected image is affected. Therefore, the distance L of the air layer is preferably 10 μm or less.

第1の出射光200は、屈折角α5で光学素子102B内を進み、光学素子102Bの境界面Eに角度α6<θcで到達し、屈折角α7で外部環境に出射され、投射部104に入射される。   The first emitted light 200 travels inside the optical element 102B at a refraction angle α5, reaches the boundary surface E of the optical element 102B at an angle α6 <θc, is emitted to the external environment at a refraction angle α7, and enters the projection unit 104. To be done.

外部環境の屈折率n1=1.00、光学素子の屈折率n2=1.64、光変調素子103の変調角が片側12度の条件とすると、各種パラメータの具体例は下記の通りになる。
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
Assuming that the refractive index of the external environment is n1 = 1.00, the refractive index of the optical element is n2 = 1.64, and the modulation angle of the light modulation element 103 is 12 degrees on one side, specific examples of various parameters are as follows.
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

図17は、図1に示した光学系100の第8の変形例を示す断面図である。   FIG. 17 is a sectional view showing an eighth modification of the optical system 100 shown in FIG.

光学系100は、図1に示した光学系100の第7の変形例である図15に示した構成において、光学素子102Bに代えて、図8と同様に三角プリズムにより構成される光学素子102Cを備える。光学素子102Cは、光学素子102を透過した第1の出射光200を反射し、光学素子102Bにより反射された第1の出射光200は、投射部104に導光されて入射して投射対象に投射される   The optical system 100 is the seventh modification of the optical system 100 shown in FIG. 1 and has the structure shown in FIG. Equipped with. The optical element 102C reflects the first outgoing light 200 that has passed through the optical element 102, and the first outgoing light 200 that is reflected by the optical element 102B is guided to the projection unit 104 and is incident on the projection target. Projected

以上の構成により、第2の出射光201および反射光251を第1の出射光200からさらに遠ざけることができるため、第2の出射光201および反射光251が投射部104に入射することを抑制できる。これにより、第1の出射光200を出射する場合の投射対象における輝度と、第2の出射光201を出射する場合の投射対象における輝度との、輝度差を確実に大きくすることができる。   With the above configuration, the second emitted light 201 and the reflected light 251 can be further separated from the first emitted light 200, so that the second emitted light 201 and the reflected light 251 are prevented from entering the projection unit 104. it can. As a result, it is possible to surely increase the brightness difference between the brightness of the projection target when the first outgoing light 200 is emitted and the brightness of the projection target when the second outgoing light 201 is emitted.

図18は、図17に示した光学素子102、光学素子102C、第2の光学素子105および光変調素子103の光路を示す断面図である。図中、左下の丸で囲ってある部分は、右上の丸で囲ってある部分の拡大図である。   18 is a cross-sectional view showing the optical paths of the optical element 102, the optical element 102C, the second optical element 105, and the light modulation element 103 shown in FIG. In the figure, the circled portion at the lower left is an enlarged view of the circled portion at the upper right.

入射光(照射光)250、第2の出射光201、反射光251の光路は、図14と同じであるため、説明を省略する。   The optical paths of the incident light (irradiation light) 250, the second emitted light 201, and the reflected light 251 are the same as those in FIG.

第1の出射光200(破線)は、光変調素子103表面の法線となす角α1に向けて、光変調素子103で反射されて、光学素子102の境界面Cに入射角α2で入射し、屈折角α3で光学素子102内を進む。   The first emitted light 200 (broken line) is reflected by the light modulation element 103 toward an angle α1 formed with the normal line of the surface of the light modulation element 103, and is incident on the boundary surface C of the optical element 102 at an incidence angle α2. , Proceeds through the optical element 102 at a refraction angle α3.

その後、第1の出射光200は、境界面Bに角度α4<θcで到達し、屈折角α4’で外部環境に射出され、その次に、光学素子102Cの境界面Dに屈折角α4’で入射される。光学素子102Cは、屈折率n2であり、境界面Dと境界面Eのなす角度はφである
Then, the first outgoing light 200 reaches the boundary surface B at an angle α4 <θc and is emitted to the external environment at a refraction angle α4 ′, and then at the boundary surface D of the optical element 102C at a refraction angle α4 ′. It is incident. The optical element 102C has a refractive index n2, and the angle between the boundary surface D and the boundary surface E is φ.

光学素子102と光学素子102Cの間は屈折率n1の空気層となっており、光学素子102の境界面Bと光学素子102Cの境界面Dは平行になるように光学素子102と光学素子102Cは配置されているので、境界面Bへの入射角α4と境界面Dにおける屈折角α5は等しくなる。光学素子102と光学素子102Cの間空気層は広くなるほど投射画像に影響が出る為、空気層の距離Lは10μm以下が望ましい。   An air layer having a refractive index n1 is formed between the optical element 102 and the optical element 102C, and the optical element 102 and the optical element 102C are arranged such that the boundary surface B of the optical element 102 and the boundary surface D of the optical element 102C are parallel to each other. Since they are arranged, the incident angle α4 on the boundary surface B and the refraction angle α5 on the boundary surface D are equal. The wider the air layer between the optical element 102 and the optical element 102C, the more the projected image is affected. Therefore, the distance L of the air layer is preferably 10 μm or less.

第1の出射光200は、屈折角α5で光学素子102C内を進み、光学素子102Cの境界面Eに角度α6≧θcで到達する。その後、第1の出射光200は、境界面Eで全反射された後、境界面Fに角度α6’で到達し、屈折角α’で外部環境に出射され‘、投射部104に入射される。   The first outgoing light 200 travels inside the optical element 102C at a refraction angle α5 and reaches the boundary surface E of the optical element 102C at an angle α6 ≧ θc. After that, the first emitted light 200 is totally reflected by the boundary surface E, then reaches the boundary surface F at an angle α6 ′, is emitted to the external environment at a refraction angle α ′, and is incident on the projection unit 104. ..

外部環境の屈折率n1=1.00、光学素子の屈折率n2=1.64、光変調素子103の変調角が片側12度の条件とすると、各種パラメータの具体例は下記の通りになる。
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=24.0
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
Assuming that the refractive index of the external environment is n1 = 1.00, the refractive index of the optical element is n2 = 1.64, and the modulation angle of the light modulation element 103 is 12 degrees on one side, specific examples of various parameters are as follows.
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 = 24.0
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

以上の構成により、第2の出射光201および反射光251を第1の出射光200からさらに遠ざけることができる。   With the above configuration, the second emitted light 201 and the reflected light 251 can be further separated from the first emitted light 200.

図19は、図1に示した光学系100の第9の変形例を示す断面図である。   FIG. 19 is a sectional view showing a ninth modification of the optical system 100 shown in FIG.

光学系100は、図1に示した光学系100の第6の変形例である図13に示した構成において、光学素子102に代えて、図10と同様に三角プリズムにより構成される光学素子102Rを備える。   The optical system 100 is the sixth modification of the optical system 100 shown in FIG. 1 and has the configuration shown in FIG. Equipped with.

光学素子102Rは、第1の出射光200を境界面Aで反射し、光源101から照射される照射光250、反射光251及び第2の出射光201を境界面Aおよび境界面Bで透過する。   The optical element 102R reflects the first outgoing light 200 on the boundary surface A, and transmits the irradiation light 250, the reflected light 251 and the second outgoing light 201 emitted from the light source 101 on the boundary surface A and the boundary surface B. ..

光学素子102Rにより反射された第1の出射光200は、投射部104に導光されて入射して投射対象に投射され、光学素子102Rを透過した反射光251及び第2の出射光201は、不要光として処理され、例えば機構的なシボや光吸収帯に入射することにより再反射を防止してもよい。   The first emitted light 200 reflected by the optical element 102R is guided to the projection unit 104, enters the projection unit 104, is projected on the projection target, and the reflected light 251 and the second emitted light 201 transmitted through the optical element 102R are: Re-reflection may be prevented by being treated as unwanted light and entering, for example, mechanical wrinkles or light absorption bands.

また、光変調素子103は、第2の出射光201の光線が、入射光250の光線を挟んで第1の出射光200の光線の反対側に位置するように、第1、第2の出射光200、201を出射する。   Further, the light modulation element 103 is arranged so that the light beam of the second emitted light 201 is located on the opposite side of the light beam of the first emitted light 200 with the light beam of the incident light 250 interposed therebetween. Emit light 200 and 201.

さらに、光学素子102Rは、光源101から照射される照射光250を、入射光250として光変調素子103に向けて透過する。   Further, the optical element 102R transmits the irradiation light 250 emitted from the light source 101 toward the light modulation element 103 as incident light 250.

以上の構成により、不要光としての反射光251及び第2の出射光201を第1の出射光200から遠ざけることができるため、反射光251及び第2の出射光201が投射部104に入射することを抑制できる。これにより、第1の出射光200を出射する場合の投射対象における輝度と、第2の出射光201を出射する場合の投射対象における輝度との、輝度差を大きくすることができる。   With the above configuration, the reflected light 251 and the second emitted light 201 as unnecessary light can be kept away from the first emitted light 200, so that the reflected light 251 and the second emitted light 201 enter the projection unit 104. Can be suppressed. This makes it possible to increase the luminance difference between the luminance of the projection target when the first emitted light 200 is emitted and the luminance of the projection target when the second emitted light 201 is emitted.

よって、投射部104を光学素子102に近づけた場合でも、不要光が投射部104へ入射することを抑制できるため、光学素子102と投射部104を近づけることが可能になる。これにより、光学系100をコンパクトにするともに、倍率を上げて投射対象の広角化も容易に行うことも可能になる。   Therefore, even when the projection unit 104 is brought close to the optical element 102, it is possible to suppress unnecessary light from entering the projection unit 104, and thus it is possible to bring the optical element 102 and the projection unit 104 close to each other. This makes it possible to make the optical system 100 compact and increase the magnification to easily widen the angle of projection.

そして、光変調素子103への入射光250の光線及び反射光251の光線は、光変調素子103からの第1の出射光200の光線と第2の出射光201の光線の間に配置されているので、光路構成および光学素子102Rをコンパクトにすることができる。   The light ray of the incident light 250 and the light ray of the reflected light 251 to the light modulation element 103 are arranged between the light ray of the first emission light 200 and the light ray of the second emission light 201 from the light modulation element 103. Therefore, the optical path configuration and the optical element 102R can be made compact.

さらに、光変調素子103への入射側と出射側で同じ光学素子102Rを用いることにより、光学系100をコンパクトにすることができる。   Further, the optical system 100 can be made compact by using the same optical element 102R on the incident side and the emitting side of the light modulation element 103.

図20は、図19に示した光学素子102R、第2の光学素子105および光変調素子103の光路を示す断面図である。   20 is a sectional view showing the optical paths of the optical element 102R, the second optical element 105, and the light modulation element 103 shown in FIG.

まず、光源から照射された照射光250(実線)は、屈折率n1の外部環境と屈折率n2の光学素子102Rの境界面Aに入射角θ1で入射され、θ2で屈折される。この入射面の境界面Aでは、Snellの法則に則る。なお、屈折率n1とn2の関係はn1<n2である。   First, the irradiation light 250 (solid line) emitted from the light source enters the boundary surface A between the external environment having the refractive index n1 and the optical element 102R having the refractive index n2 at the incident angle θ1 and is refracted at θ2. The boundary surface A of the incident surface conforms to Snell's law. The relationship between the refractive indices n1 and n2 is n1 <n2.

境界面Aに入射したθ2の角度成分を持つ光線は、光学素子102Rの境界面Bに対してθ3の角度成分で到達する。この時に、境界面Bでは全反射条件の臨界角θcに対して、θ3は以下の関係を取り、光は透過する(θ3<θc:θc[=arcsin(n1/n2){n1<n2}])。   A ray having an angle component of θ2 incident on the boundary surface A reaches the boundary surface B of the optical element 102R with an angle component of θ3. At this time, on the boundary surface B, with respect to the critical angle θc of the total reflection condition, θ3 has the following relationship, and light is transmitted (θ3 <θc: θc [= arcsin (n1 / n2) {n1 <n2}). ).

境界面Bで透過された光線は、屈折角θ4で外部環境に出射される。そして、第2の光学素子105を透過し、光変調素子103の表面に対して角度θ5で到達され、入射光250として光変調素子103に入射し、光変調素子103にて反射、変調される。   The light ray transmitted at the boundary surface B is emitted to the external environment at a refraction angle θ4. Then, the light passes through the second optical element 105, reaches the surface of the light modulation element 103 at an angle θ5, enters the light modulation element 103 as incident light 250, and is reflected and modulated by the light modulation element 103. ..

光変調素子103により変調された出射光は、α方向(第1の方向)に出射される第1の出射光200とβ方向(第2の方向)に出射される第2の出射光201に最低限分けられる。   The emitted light modulated by the light modulator 103 is divided into a first emitted light 200 emitted in the α direction (first direction) and a second emitted light 201 emitted in the β direction (second direction). At least divided.

また、このとき、γ方向(第3の方向)には第2の光学素子105で透過されずに第2の光学素子105の表面で反射された反射光251が出射される。第1の出射光200は、必要光として投射部104に導光され、第2の出射光201及び反射光251は、不要光として投射部104とは異なる位置に逃がして処理される。   Further, at this time, the reflected light 251 reflected by the surface of the second optical element 105 without being transmitted by the second optical element 105 in the γ direction (third direction) is emitted. The first emitted light 200 is guided to the projection unit 104 as necessary light, and the second emitted light 201 and the reflected light 251 are emitted as unnecessary light to a position different from the projection unit 104 and processed.

第1の出射光200(破線)は、光変調素子103表面の法線となす角α1として、光変調素子103で反射されて、境界面Bに入射角α2で入射し、屈折角α3で光学素子102R内を進む。   The first emitted light 200 (broken line) is reflected by the light modulation element 103 as an angle α1 formed with the normal line of the surface of the light modulation element 103, enters the boundary surface B at an incidence angle α2, and is optically reflected at a refraction angle α3. Proceed through the element 102R.

その後、第1の出射光200は、境界面Aに角度α4≧θcで到達して全反射され、境界面Cに向かう。   After that, the first outgoing light 200 reaches the boundary surface A at an angle α4 ≧ θc, is totally reflected, and goes to the boundary surface C.

そして、第1の出射光200は、境界面Cでは屈折角α6で外部環境に出射され、投射部104に入射される。   Then, the first emitted light 200 is emitted to the external environment at the boundary surface C at a refraction angle α6 and is incident on the projection unit 104.

これに対して第2の出射光201は、光変調素子103表面の法線となす角β1として、光変調素子103で反射され、境界面Bに入射角β2で入射し、屈折角β3で光学素子102R内を進む。   On the other hand, the second emitted light 201 is reflected by the light modulation element 103 as an angle β1 formed with the normal line of the surface of the light modulation element 103, enters the boundary surface B at an incident angle β2, and is optically reflected at a refraction angle β3. Proceed through the element 102R.

その後、第2の出射光201は境界面Aに角度β4<θcで到達し、屈折角β5で外部環境に出射される。   After that, the second emitted light 201 reaches the boundary surface A at an angle β4 <θc and is emitted to the external environment at a refraction angle β5.

反射光251は、第2の光学素子105の表面において反射角γ1で反射される。その後、反射光251は、境界面Bに入射角γ2で入射し、屈折角γ3で光学素子102R内を進み、境界面Aに角度γ4<θcで到達し、屈折角γ5で外部環境に出射される。   The reflected light 251 is reflected on the surface of the second optical element 105 at a reflection angle γ1. After that, the reflected light 251 enters the boundary surface B at an incident angle γ2, travels in the optical element 102R at a refraction angle γ3, reaches the boundary surface A at an angle γ4 <θc, and is emitted to the external environment at a refraction angle γ5. It

外部環境の屈折率n1=1.00、光学素子の屈折率n2=1.59、光変調素子103の変調角が片側12度の条件とすると、各種パラメータの具体例は下記の通りになる。
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
Assuming that the refractive index of the external environment is n1 = 1.00, the refractive index of the optical element is n2 = 1.59, and the modulation angle of the light modulation element 103 is 12 degrees on one side, specific examples of various parameters are as follows.
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

以上について、境界面Aへの入射角が一致していたり、境界面A上での透過、全反射の条件が成立していたりすれば、第2の光学素子105以外での表面反射・散乱光といった他の不要光も取り除くことができる。   Regarding the above, if the incident angles on the boundary surface A are the same or if the conditions of transmission and total reflection on the boundary surface A are satisfied, the surface reflection / scattered light other than the second optical element 105 Other unnecessary light such as can be removed.

以上の構成により、光学素子102Rの境界面Aを介して必要光としての第1の出射光200と、不要光としての反射光251及び第2の出射光201を明確に分離して反射光251及び第2の出射光201を第1の出射光200から遠ざけることができる。   With the above configuration, the first emitted light 200 as the necessary light and the reflected light 251 and the second emitted light 201 as the unnecessary light are clearly separated through the boundary surface A of the optical element 102R to separate the reflected light 251. Further, the second emitted light 201 can be separated from the first emitted light 200.

よって、投射部104を光学素子102Rに近づけた場合でも、不要光が投射部104へ入射することを抑制できるため、光学素子102Rと投射部104を近づけることが可能になる。これにより、光学系100をコンパクトにするともに、倍率を上げて投射対象の広角化も容易に行うことも可能になる。   Therefore, even when the projection unit 104 is brought close to the optical element 102R, it is possible to suppress unnecessary light from entering the projection unit 104, and thus it is possible to bring the optical element 102R and the projection unit 104 close to each other. This makes it possible to make the optical system 100 compact and increase the magnification to easily widen the angle of projection.

そして、光変調素子103への入射光250の光線及び反射光251の光線は、光変調素子103からの第1の出射光200の光線と第2の出射光201の光線の間に配置されているので、光路構成および光学素子102Rをコンパクトにすることができる。   The light ray of the incident light 250 and the light ray of the reflected light 251 to the light modulation element 103 are arranged between the light ray of the first emission light 200 and the light ray of the second emission light 201 from the light modulation element 103. Therefore, the optical path configuration and the optical element 102R can be made compact.

さらに、光変調素子103への入射側と出射側で同じ光学素子102Rを用いることにより、光学系100をコンパクトにすることができる。   Further, the optical system 100 can be made compact by using the same optical element 102R on the incident side and the emitting side of the light modulation element 103.

また、光学素子102Rの境界面Aは、第1の出射光200を反射し、照射光250、第2の出射光201および反射光251を透過するため、同一の境界面で反射・透過することで、第1の出射光200に対して、照射光250、第2の出射光201および反射光251を同じ側に配置することが可能になり、光学素子102Rおよび光学系100をコンパクトにすることができる。   The boundary surface A of the optical element 102R reflects the first emitted light 200 and transmits the irradiation light 250, the second emitted light 201, and the reflected light 251. Therefore, the boundary surface A should be reflected and transmitted at the same boundary surface. Thus, the irradiation light 250, the second emission light 201, and the reflected light 251 can be arranged on the same side with respect to the first emission light 200, and the optical element 102R and the optical system 100 can be made compact. You can

以上説明した本実施形態に係る光学系100は、光源101から照射される照射光を、光学素子102、102Rを介することなく、光変調素子103に入射してもよい。その場合、光変調素子103は、入射光を互いに異なる方向である第1の方向または第2の方向に透過して出射する透過型により構成しても良い。   The optical system 100 according to the present embodiment described above may cause the irradiation light emitted from the light source 101 to enter the light modulation element 103 without passing through the optical elements 102 and 102R. In that case, the light modulation element 103 may be configured as a transmissive type that transmits incident light in a first direction or a second direction which are different from each other and emits the light.

また、本実施形態における光源101は、LD、LEDに限らず、有機EL素子等の他の発光素子を用いても良い。   Further, the light source 101 in the present embodiment is not limited to the LD and the LED, and other light emitting elements such as an organic EL element may be used.

図21は、図12に示した画像投射装置300の変形例を示す断面図である。   21 is a cross-sectional view showing a modified example of the image projection apparatus 300 shown in FIG.

画像投射装置300は、図12に示した構成に加えて、第2の光学素子105を備える。第2の光学素子105は、図13〜20にて説明した光学系100における第2の光学素子105と同様に構成される。   The image projection device 300 includes a second optical element 105 in addition to the configuration shown in FIG. The second optical element 105 has the same configuration as the second optical element 105 in the optical system 100 described with reference to FIGS.

以上の構成により、光学素子102の境界面Bを介して画像を形成するON光としての第1の出射光200と、画像を形成しないOFF光としての第2の出射光201および反射光251を明確に分離して第2の出射光201および反射光251を第1の出射光200から遠ざけることができる。これにより、第2の出射光201および反射光251が投射部104に入射することを抑制でき、第1の出射光200を出射する場合のスクリーン400における輝度と、第2の出射光201を出射する場合のスクリーン400における輝度との、輝度差を大きくすることができる。よって、スクリーン400に投射される画像の品質を向上させることができる。   With the above configuration, the first emitted light 200 as ON light that forms an image and the second emitted light 201 and reflected light 251 as OFF light that does not form an image are formed via the boundary surface B of the optical element 102. The second emitted light 201 and the reflected light 251 can be clearly separated and separated from the first emitted light 200. Accordingly, the second emitted light 201 and the reflected light 251 can be suppressed from entering the projection unit 104, and the brightness in the screen 400 when the first emitted light 200 is emitted and the second emitted light 201 are emitted. The brightness difference from the brightness on the screen 400 in the case of performing can be increased. Therefore, the quality of the image projected on the screen 400 can be improved.

よって、投射部104を光学素子102に近づけた場合でも、不要光が投射部104へ入射することを抑制できるため、光学素子102と投射部104を近づけることが可能になる。これにより、光学系100をコンパクトにするともに、倍率を上げて投射対象の広角化も容易に行うことも可能になる。   Therefore, even when the projection unit 104 is brought close to the optical element 102, it is possible to suppress unnecessary light from entering the projection unit 104, and thus it is possible to bring the optical element 102 and the projection unit 104 close to each other. This makes it possible to make the optical system 100 compact and increase the magnification to easily widen the angle of projection.

そして、光変調素子103への入射光250の光線及び反射光251の光線は、光変調素子103からの第1の出射光200の光線と第2の出射光201の光線の間に配置されているので、光路構成および光学素子102をコンパクトにすることができる。   The light ray of the incident light 250 and the light ray of the reflected light 251 to the light modulation element 103 are arranged between the light ray of the first emission light 200 and the light ray of the second emission light 201 from the light modulation element 103. Therefore, the optical path structure and the optical element 102 can be made compact.

さらに、光変調素子103への入射側と出射側で同じ光学素子102を用いること、および光源101からの照射光250と第2の出射光201及び反射光251を光学素子102の同一の境界面Bで反射することにより、光学系100をコンパクトにすることができる。   Further, the same optical element 102 is used on the input side and the output side of the light modulation element 103, and the irradiation light 250 from the light source 101 and the second emission light 201 and the reflected light 251 are the same boundary surface of the optical element 102. By reflecting at B, the optical system 100 can be made compact.

また、境界面Bは、第1の出射光200を透過し、照射光250、第2の出射光201および反射光251を反射するため、同一の境界面で反射・透過することで、第1の出射光200に対して、照射光250、第2の出射光201および反射光251を同じ側に配置することが可能になり、光学素子102および光学系100をコンパクトにすることができる。   Further, the boundary surface B transmits the first outgoing light 200 and reflects the irradiation light 250, the second outgoing light 201, and the reflected light 251, so that the boundary surface B is reflected / transmitted at the same boundary surface. The emitted light 250, the second emitted light 201, and the reflected light 251 can be arranged on the same side with respect to the emitted light 200, and the optical element 102 and the optical system 100 can be made compact.

図22は、本発明の一実施形態としての画像投射装置300を搭載した移動体400を示す図である。   FIG. 22 is a diagram showing a moving body 400 equipped with an image projection device 300 according to an embodiment of the present invention.

車両(移動体)400は、画像を投射する画像投射装置300と、画像投射装置300で形成された画像301を反射する光学部品401A、401B、401C(フロントガラス)を備え、車両400に乗車した乗車者501に、数m先に虚像600として認識させることができる。画像投射装置300は、図12および図21にて説明した画像投射装置300と同様に構成される。   A vehicle (moving body) 400 includes an image projection device 300 that projects an image, and optical components 401A, 401B, and 401C (windshield) that reflect the image 301 formed by the image projection device 300, and boarded the vehicle 400. The occupant 501 can recognize it as a virtual image 600 several meters ahead. The image projection device 300 has the same configuration as the image projection device 300 described with reference to FIGS. 12 and 21.

以上の構成により、画像を形成するON光としての第1の出射光200と、画像を形成しないOFF光としての第2の出射光201および反射光251を明確に分離して、第2の出射光201および反射光251を第1の出射光200から遠ざけることができる。これにより、第2の出射光201および反射光251が投射部104に入射することを抑制でき、第1の出射光200を出射する場合の虚像600における輝度と、第2の出射光201を出射する場合の虚像600における輝度との、輝度差を大きくすることができる。よって、虚像600の画像品質を向上させることができる。   With the above configuration, the first emitted light 200 as ON light that forms an image and the second emitted light 201 and reflected light 251 as OFF light that does not form an image are clearly separated, and the second emitted light is separated. The emitted light 201 and the reflected light 251 can be kept away from the first emitted light 200. As a result, the second emitted light 201 and the reflected light 251 can be suppressed from entering the projection unit 104, and the brightness in the virtual image 600 when the first emitted light 200 is emitted and the second emitted light 201 are emitted. It is possible to increase the difference in brightness from the brightness in the virtual image 600 in the case of performing. Therefore, the image quality of the virtual image 600 can be improved.

よって、投射部104を光学素子102に近づけた場合でも、不要光が投射部104へ入射することを抑制できるため、光学素子102と投射部104を近づけることが可能になる。これにより、光学系100をコンパクトにするともに、倍率を上げて投射対象の広角化も容易に行うことも可能になる。   Therefore, even when the projection unit 104 is brought close to the optical element 102, it is possible to suppress unnecessary light from entering the projection unit 104, and thus it is possible to bring the optical element 102 and the projection unit 104 close to each other. This makes it possible to make the optical system 100 compact and increase the magnification to easily widen the angle of projection.

そして、光変調素子103への入射光250の光線及び反射光251の光線は、光変調素子103からの第1の出射光200の光線と第2の出射光201の光線の間に配置されているので、光路構成および光学素子102をコンパクトにすることができる。   The light ray of the incident light 250 and the light ray of the reflected light 251 to the light modulation element 103 are arranged between the light ray of the first emission light 200 and the light ray of the second emission light 201 from the light modulation element 103. Therefore, the optical path structure and the optical element 102 can be made compact.

以上説明したように、本発明の一実施形態に係る光学系100は、入射光250を互いに異なる方向である第1の方向または第2の方向に出射する光変調素子103と、光源101から照射される照射光250を、入射光250として光変調素子103に向けて出射する光学素子102、102Rと、を備え、光学素子102、102Rは、光変調素子103から第1の方向に出射されて投射対象に導光される第1の出射光200と、光変調素子103から第2の方向に出射された第2の出射光201および照射光250と、のうち一方を透過し、他方を反射する境界面(界面)を有する。   As described above, the optical system 100 according to the embodiment of the present invention irradiates the incident light 250 from the light modulation element 103 that emits the incident light 250 in the first direction or the second direction which are different from each other and the light source 101. The optical elements 102 and 102R that emit the emitted light 250 toward the light modulation element 103 as incident light 250 are emitted from the light modulation element 103 in the first direction. One of the first emitted light 200 guided to the projection target, the second emitted light 201 and the irradiation light 250 emitted in the second direction from the light modulation element 103 is transmitted, and the other is reflected. Has a boundary surface (interface).

すなわち、光学素子102は、第1の出射光200を透過し、第2の出射光201および照射光250を反射する境界面(界面)Bを有する。あるいは、光学素子102Rは、第1の出射光200を反射し、第2の出射光201および照射光250を透過する境界面(界面)Aを有する。   That is, the optical element 102 has a boundary surface (interface) B that transmits the first emitted light 200 and reflects the second emitted light 201 and the irradiation light 250. Alternatively, the optical element 102R has a boundary surface (interface) A that reflects the first emitted light 200 and transmits the second emitted light 201 and the irradiation light 250.

これにより、第2の出射光201を第1の出射光200から遠ざけることができるため、投射対象における第2の出射光201の影響を低減することができる。また、光学素子102、102Rの同一の境界面で反射・透過することにより、第1の出射光200に対して、第2の出射光201と照射光250を同じ側に配置することが可能になり、光学素子102、102Rおよび光学系100をコンパクトにすることができる。   As a result, the second emitted light 201 can be moved away from the first emitted light 200, so that the influence of the second emitted light 201 on the projection target can be reduced. Further, by reflecting / transmitting at the same boundary surface between the optical elements 102 and 102R, the second outgoing light 201 and the irradiation light 250 can be arranged on the same side with respect to the first outgoing light 200. Therefore, the optical elements 102 and 102R and the optical system 100 can be made compact.

よって、光学系100をコンパクトにしつつ、第1の出射光200を出射する場合の投射対象における輝度と、第2の出射光201を出射する場合の投射対象における輝度との、輝度差を大きくすることができる。   Therefore, while making the optical system 100 compact, the difference in brightness between the brightness of the projection target when the first outgoing light 200 is emitted and the brightness of the projection target when the second outgoing light 201 is emitted is increased. be able to.

よって、投射対象を光学素子102、102Rに近づけた場合でも、不要光が投射対象へ入射することを抑制できるため、光学素子102、102Rと投射対象を近づけることが可能になる。これにより、光学系100をコンパクトにするともに、倍率を上げて投射対象の広角化も容易に行うことも可能になる。   Therefore, even when the projection target is brought close to the optical elements 102, 102R, it is possible to prevent unnecessary light from entering the projection target, and thus it is possible to bring the optical elements 102, 102R close to the projection target. This makes it possible to make the optical system 100 compact and increase the magnification to easily widen the angle of projection.

また、本発明の一実施形態に係る光学系100は、入射光250を互いに異なる方向である第1の方向または第2の方向に出射する光変調素子103と、第1の方向に出射された第1の出射光200、および第2の方向に出射された第2の出射光201の一方を透過し、他方を反射する光学素子102、102Rと、を備え、第2の出射光201の光線が、入射光250の光線を挟んで第1の出射光200の光線の反対側に位置するように、光変調素子103は第1、第2の出射光200、201を出射する。   In addition, the optical system 100 according to the embodiment of the present invention emits the incident light 250 in the first direction and the light modulation element 103 that emits the incident light 250 in the first direction or the second direction which are different from each other. The first emitted light 200 and the optical elements 102 and 102R that transmit one of the second emitted light 201 emitted in the second direction and reflect the other, and the light beam of the second emitted light 201. However, the light modulation element 103 emits the first and second outgoing lights 200 and 201 so as to be located on the opposite side of the light beam of the first outgoing light 200 with the ray of the incident light 250 interposed therebetween.

具体的には、光学素子102の境界面Bまたは光学素子102Rの境界面Aにおいて、第2の出射光201は、入射光250を挟んで第1の出射光200の反対側に位置する。   Specifically, on the boundary surface B of the optical element 102 or the boundary surface A of the optical element 102R, the second emitted light 201 is located on the opposite side of the first emitted light 200 with the incident light 250 interposed therebetween.

この構成により、第2の出射光201を第1の出射光200から遠ざけることができるため、第2の出射光201の影響を低減することができる。よって、第1の出射光200を出射する場合の投射対象における輝度と、第2の出射光201を出射する場合の投射対象における輝度との、輝度差を大きくすることができる。   With this configuration, since the second emitted light 201 can be kept away from the first emitted light 200, the influence of the second emitted light 201 can be reduced. Therefore, it is possible to increase the brightness difference between the brightness of the projection target when the first outgoing light 200 is emitted and the brightness of the projection target when the second outgoing light 201 is emitted.

そして、光変調素子103への入射光250の光線は、光変調素子103からの第1の出射光200の光線と第2の出射光201の光線の間に配置されているので、光路構成をコンパクトにすることができる。   Since the light ray of the incident light 250 on the light modulation element 103 is arranged between the light ray of the first emitted light 200 and the light ray of the second emitted light 201 from the light modulation element 103, the optical path configuration is changed. Can be made compact.

また、本発明の一実施形態に係る光学系100は、入射光250を互いに異なる方向である第1の方向または第2の方向に出射する光変調素子103と、光源101から照射される照射光250を、入射光250として光変調素子103に向けて出射する光学素子102、102Rと、光学素子102、102Rと光変調素子103との間に配置され、光学素子102、102Rから出射された照射光205を入射する第2の光学素子105を備え、光学素子102、102Rは、光変調素子103から第1の方向に出射されて投射対象に導光される第1の出射光200と、第2の光学素子105で透過されずに反射された反射光251と、のうち一方を透過し、他方を反射する。   In addition, the optical system 100 according to the embodiment of the present invention includes the light modulation element 103 that emits the incident light 250 in the first direction or the second direction that is different from each other, and the irradiation light emitted from the light source 101. Irradiation emitted from the optical elements 102 and 102R, which is disposed between the optical elements 102 and 102R and the optical modulation element 103, and the optical elements 102 and 102R that emit 250 as incident light 250 toward the optical modulation element 103. The optical element 102, 102R is provided with the second optical element 105 that makes the light 205 incident, and the optical elements 102 and 102R are the first emitted light 200 that is emitted from the light modulation element 103 in the first direction and is guided to the projection target. One of the reflected light 251 reflected without being transmitted by the second optical element 105 is transmitted and the other is reflected.

これにより、反射光251を第1の出射光200から確実に遠ざけることができるため、投射対象における反射光251の影響を低減することができる。   As a result, the reflected light 251 can be reliably kept away from the first outgoing light 200, so that the influence of the reflected light 251 on the projection target can be reduced.

光学素子102、102Rは、第1の出射光200と、光変調素子103から第2の方向に出射された第2の出射光201および反射光251と、のうち一方を透過し、他方を反射する。これにより、第2の出射光201および反射光251を第1の出射光200から確実に遠ざけることができて、投射対象における第2の出射光201および反射光251の影響を低減することができる。   The optical elements 102 and 102R transmit one of the first emitted light 200, the second emitted light 201 and the reflected light 251 emitted from the light modulation element 103 in the second direction, and reflect the other. To do. As a result, the second emitted light 201 and the reflected light 251 can be reliably separated from the first emitted light 200, and the influence of the second emitted light 201 and the reflected light 251 on the projection target can be reduced. ..

光学素子102は、第1の出射光200を透過し、第2の出射光201および反射光251を反射する境界面Bを有する。あるいは、光学素子102Rは、第1の出射光200を反射し、第2の出射光201および反射光251を透過する境界面Aを有する。   The optical element 102 has a boundary surface B that transmits the first emitted light 200 and reflects the second emitted light 201 and the reflected light 251. Alternatively, the optical element 102R has a boundary surface A that reflects the first outgoing light 200 and transmits the second outgoing light 201 and the reflected light 251.

このように、光学素子102、102Rの同一の境界面で反射・透過することにより、第1の出射光200に対して、第2の出射光201と反射光251を同じ側に配置することが可能になり、光学素子102および光学系100をコンパクトにすることができる   In this way, the second outgoing light 201 and the reflected light 251 can be arranged on the same side with respect to the first outgoing light 200 by reflecting and transmitting at the same boundary surface between the optical elements 102 and 102R. It becomes possible, and the optical element 102 and the optical system 100 can be made compact.

光学素子102、102Rは、第1の出射光200と、照射光25および反射光251と、のうち一方を透過し、他方を反射する。   The optical elements 102 and 102R transmit one of the first emitted light 200, the irradiation light 25, and the reflected light 251, and reflect the other.

光学素子102は、第1の出射光200を透過し、照射光250および反射光251を反射する境界面Bを有する。あるいは、光学素子102Rは、第1の出射光200を反射し、照射光250および反射光251を透過する境界面Aを有する。   The optical element 102 has a boundary surface B that transmits the first emitted light 200 and reflects the irradiation light 250 and the reflected light 251. Alternatively, the optical element 102R has a boundary surface A that reflects the first emitted light 200 and transmits the irradiation light 250 and the reflected light 251.

このように、光学素子102、102Rの同一の境界面で反射・透過することにより、第1の出射光200に対して、照射光250と反射光251を同じ側に配置することが可能になり、光学素子102、102Rおよび光学系100をコンパクトにすることができる   In this way, by reflecting / transmitting at the same boundary surface of the optical elements 102 and 102R, it becomes possible to arrange the irradiation light 250 and the reflected light 251 on the same side with respect to the first outgoing light 200. , The optical elements 102 and 102R and the optical system 100 can be made compact.

そして、光学素子102の境界面Bまたは光学素子102Rの境界面Aにおいて、第2の出射光201が、入射光250および反射光251を挟んで第1の出射光200の反対側に位置するように、光変調素子103は第1、第2の出射光200、201を出射する。   Then, on the boundary surface B of the optical element 102 or the boundary surface A of the optical element 102R, the second emitted light 201 is positioned on the opposite side of the first emitted light 200 with the incident light 250 and the reflected light 251 interposed therebetween. In addition, the light modulation element 103 emits the first and second emitted lights 200 and 201.

この構成により、第2の出射光201を第1の出射光200から遠ざけることができるため、第2の出射光201の影響を低減することができる。よって、第1の出射光200を出射する場合の投射対象における輝度と、第2の出射光201を出射する場合の投射対象における輝度との、輝度差を大きくすることができる。   With this configuration, since the second emitted light 201 can be kept away from the first emitted light 200, the influence of the second emitted light 201 can be reduced. Therefore, it is possible to increase the brightness difference between the brightness of the projection target when the first outgoing light 200 is emitted and the brightness of the projection target when the second outgoing light 201 is emitted.

また、第1の出射光200および反射光251は、主光線と、主光線とそれぞれ角度をなす上光線および下光線と、をそれぞれ含み、第1の出射光200における主光線と、上光線または下光線がなす角度、および反射光251における主光線と、上光線または下光線がなす角度は、第1の出射光200における主光線の延長線と反射光251における主光線の延長線のなす角度の半分以下である。   The first emitted light 200 and the reflected light 251 respectively include a chief ray and an upper ray and a lower ray that form an angle with the principal ray, respectively. The angle formed by the lower ray and the angle formed by the principal ray in the reflected light 251 and the upper ray or the lower ray are formed by the extension line of the principal ray in the first outgoing light 200 and the extension line of the principal ray in the reflected light 251. Is less than half of.

これにより、光学系100が最も条件が厳しい反射光251を含む場合でも、必要光と不要光を混ざらずに抽出することができる。   As a result, even when the optical system 100 includes the reflected light 251 having the most severe conditions, it is possible to extract the necessary light and the unnecessary light without mixing them.

光変調素子103は、入射光250を反射して第1または前記第2の方向に出射する。これにより、入射光250、第1の出射光200、および第2の出射光201が、光変調素子103の表面側に配置されるため、光学系100をコンパクトにすることができる。   The light modulation element 103 reflects the incident light 250 and emits it in the first or second direction. As a result, the incident light 250, the first emitted light 200, and the second emitted light 201 are arranged on the front surface side of the light modulation element 103, so that the optical system 100 can be made compact.

光変調素子103は、デジタル・マイクロミラー・デバイスである。これにより、第1の出射光200を出射する場合の投射対象における輝度と、第2の出射光201を出射する場合の投射対象における輝度との、輝度差を容易に大きくすることができる。   The light modulation element 103 is a digital micromirror device. This makes it possible to easily increase the luminance difference between the luminance of the projection target when the first emitted light 200 is emitted and the luminance of the projection target when the second emitted light 201 is emitted.

光変調素子103は、入射光250を前記第1または前記第2の方向に出射する可変領域103Aと、入射光250を前記第2の方向に固定して出射する固定領域103Bを含む。   The light modulation element 103 includes a variable region 103A that emits the incident light 250 in the first or second direction, and a fixed region 103B that fixes the incident light 250 in the second direction and emits it.

これにより、固定領域103Bから出射される光は、第2の出射光201と平行な光のみであり、第1の出射光200と平行な光は含まれないので、投射部104に導光されることはない。よって、可変領域103Aから不要光として第2の出射光201を出射しているときに、固定領域103Bから出射される光が投射対象に投射されることがなく、第1の出射光200を出射する場合の投射対象における輝度と、第2の出射光201を出射する場合の投射対象における輝度との、輝度差を大きくすることができる。   As a result, the light emitted from the fixed region 103B is only the light parallel to the second emitted light 201 and does not include the light parallel to the first emitted light 200, and thus is guided to the projection unit 104. There is no such thing. Therefore, when the second emission light 201 is emitted from the variable region 103A as unnecessary light, the light emitted from the fixed region 103B is not projected onto the projection target and the first emission light 200 is emitted. It is possible to increase the brightness difference between the brightness of the projection target in the case of performing and the brightness of the projection target in the case of emitting the second emission light 201.

光学素子102、102Rはプリズムである。これにより、簡単な構成で、第1の出射光200を出射する場合の投射対象における輝度と、第2の出射光201を出射する場合の投射対象における輝度との、輝度差を大きくすることができる。   The optical elements 102 and 102R are prisms. With this, with a simple configuration, it is possible to increase the brightness difference between the brightness of the projection target when the first outgoing light 200 is emitted and the brightness of the projection target when the second outgoing light 201 is emitted. it can.

光学系100は、光学素子102、102Rを通過した第1の出射光200を入射し、投射対象に投射する投射光学系104を備える。   The optical system 100 includes a projection optical system 104 that receives the first outgoing light 200 that has passed through the optical elements 102 and 102R and projects the first outgoing light 200 onto a projection target.

この構成により、第2の出射光201を第1の出射光200から遠ざけることができるため、第2の出射光201(および反射光251)が投射部104に入射することを抑制できる。これにより、第1の出射光200を出射する場合の投射対象における輝度と、第2の出射光201を出射する場合の投射対象における輝度との、輝度差を大きくすることができる。   With this configuration, the second outgoing light 201 can be kept away from the first outgoing light 200, so that the second outgoing light 201 (and the reflected light 251) can be suppressed from entering the projection unit 104. This makes it possible to increase the luminance difference between the luminance of the projection target when the first emitted light 200 is emitted and the luminance of the projection target when the second emitted light 201 is emitted.

よって、投射部104を光学素子102、102Rに近づけた場合でも、不要光が投射部104へ入射することを抑制できるため、光学素子102、102Rと投射部104を近づけることが可能になる。これにより、光学系100をコンパクトにするともに、倍率を上げて投射対象の広角化も容易に行うことも可能になる。   Therefore, even when the projection unit 104 is brought close to the optical elements 102 and 102R, it is possible to prevent unnecessary light from entering the projection unit 104, and thus it is possible to bring the optical elements 102 and 102R and the projection unit 104 close to each other. This makes it possible to make the optical system 100 compact and increase the magnification to easily widen the angle of projection.

本発明の一実施形態に係る画像投射装置300は、以上の構成の光学系100を備え、本発明の一実施形態に係る移動体は、上記構成の画像投射装置300を備える。   An image projection apparatus 300 according to an embodiment of the present invention includes the optical system 100 having the above configuration, and a moving body according to an embodiment of the present invention includes the image projection apparatus 300 having the above configuration.

この構成により、画像を形成するON光としての第1の出射光200と、画像を形成しないOFF光としての第2の出射光201(および反射光251)を明確に分離して、第2の出射光201を第1の出射光200から遠ざけることができる。これにより、投射対象における第2の出射光201(および反射光251)の影響を低減でき、第1の出射光200を出射する場合の投射画像における輝度と、第2の出射光201を出射する場合の投射画像における輝度との、輝度差を大きくすることができる。よって、投射画像の品質を向上させることができる。   With this configuration, the first emitted light 200 as ON light that forms an image and the second emitted light 201 (and reflected light 251) as OFF light that does not form an image are clearly separated, and the second emitted light 201 (and reflected light 251) is separated. The emitted light 201 can be kept away from the first emitted light 200. Thereby, the influence of the second emitted light 201 (and the reflected light 251) on the projection target can be reduced, and the brightness in the projection image when the first emitted light 200 is emitted and the second emitted light 201 are emitted. In this case, the difference in brightness from the brightness in the projected image can be increased. Therefore, the quality of the projected image can be improved.

そして、光変調素子103への入射光250の光線(および反射光251の光線)は、光変調素子103からの第1の出射光200の光線と第2の出射光201の光線の間に配置されているので、光路構成をコンパクトにすることができる。   The light ray of the incident light 250 (and the light ray of the reflected light 251) to the light modulation element 103 is arranged between the light ray of the first emission light 200 and the light ray of the second emission light 201 from the light modulation element 103. Therefore, the optical path structure can be made compact.

また、光学素子102の境界面Bまたは光学素子102Rの境界面Aは、第1の出射光200と、照射光25および第2の出射光201(および反射光251)と、のうち一方を透過し、他方を反射する。これにより、同一の境界面で反射・透過することで、第1の出射光200に対して、照射光250および第2の出射光201(および反射光251)を同じ側に配置することが可能になり、光学素子102、102Rおよび光学系100をコンパクトにすることができる。   The boundary surface B of the optical element 102 or the boundary surface A of the optical element 102R transmits one of the first emitted light 200, the irradiation light 25, and the second emitted light 201 (and the reflected light 251). And reflect the other. This allows the irradiation light 250 and the second emission light 201 (and the reflection light 251) to be arranged on the same side with respect to the first emission light 200 by reflecting and transmitting at the same boundary surface. Therefore, the optical elements 102 and 102R and the optical system 100 can be made compact.

100 光学系
101 光源
102 光学素子
A 境界面(界面)
B 境界面(界面)
103 光変調素子
104 投射部
105 第2の光学素子
200 第1の出射光
201 第2の出射光
250 入射光(照射光)
251 反射光
300 画像投射装置
400 移動体(車両)
100 optical system 101 light source 102 optical element A boundary surface (interface)
B Boundary surface (interface)
103 Light Modulation Element 104 Projection Unit 105 Second Optical Element 200 First Emitted Light 201 Second Emitted Light 250 Incident Light (Irradiation Light)
251 Reflected light 300 Image projection device 400 Moving body (vehicle)

特開2004−258439号公報JP, 2004-258439, A 特開2000−258703号公報JP-A-2000-258703

Claims (17)

入射光を互いに異なる方向である第1の方向または第2の方向に出射する光変調素子と、
光源から照射される照射光を、前記入射光として前記光変調素子に向けて出射する光学素子と、を備えた光学系であって、
前記光学素子は、前記光変調素子から前記第1の方向に出射されて投射対象に導光される第1の出射光と、前記光変調素子から前記第2の方向に出射された第2の出射光および前記照射光と、のうち一方を透過し、他方を反射する界面を有することを特徴とする光学系。
A light modulation element for emitting incident light in a first direction or a second direction which are different from each other,
An irradiation light emitted from a light source, an optical element that emits toward the light modulation element as the incident light, an optical system comprising:
The optical element includes a first emission light emitted from the light modulation element in the first direction and guided to a projection target, and a second emission light emitted from the light modulation element in the second direction. An optical system having an interface that transmits one of the emitted light and the irradiation light and reflects the other.
前記界面は、前記第1の出射光を透過し、前記第2の出射光および前記照射光を反射することを特徴とする請求項1記載の光学系。   The optical system according to claim 1, wherein the interface transmits the first emitted light and reflects the second emitted light and the irradiation light. 前記界面は、前記第1の出射光を反射し、前記第2の出射光および前記照射光を透過することを特徴とする請求項1記載の光学系。   The optical system according to claim 1, wherein the interface reflects the first emitted light and transmits the second emitted light and the irradiation light. 前記第2の出射光の光線が、前記入射光の光線を挟んで前記第1の出射光の光線の反対側に位置するように、前記光変調素子は前記第1、第2の出射光を出射することを特徴とする請求項1〜3の何れか記載の光学系。   The light modulator modulates the first and second emitted light so that the light beam of the second emitted light is located on the opposite side of the light beam of the first emitted light with the light beam of the incident light interposed therebetween. The optical system according to claim 1, wherein the optical system emits light. 前記界面において、前記第2の出射光は、前記入射光を挟んで前記第1の出射光の反対側に位置することを特徴とする請求項1〜4の何れか記載の光学系。   The optical system according to claim 1, wherein, at the interface, the second emitted light is located on the opposite side of the first emitted light with the incident light interposed therebetween. 前記光学素子と前記光変調素子との間に配置され、前記光学素子により反射された前記照射光を入射する第2の光学素子を備え、
前記界面は、前記第1の出射光と、前記照射光、前記第2の出射光および前記照射光が前記第2の光学素子で透過されずに反射された反射光と、のうち一方を透過し、他方を反射することを特徴とする請求項1〜5の何れか記載の光学系。
A second optical element that is disposed between the optical element and the light modulation element and that enters the irradiation light reflected by the optical element,
The interface transmits one of the first outgoing light, the irradiation light, the second outgoing light, and reflected light obtained by reflecting the irradiation light without passing through the second optical element. The optical system according to claim 1, wherein the optical system reflects the other.
前記界面は、前記第1の出射光を透過し、前記第2の出射光、前記照射光および前記反射光を反射することを特徴とする請求項6記載の光学系。   The optical system according to claim 6, wherein the interface transmits the first emitted light and reflects the second emitted light, the irradiation light, and the reflected light. 前記界面は、前記第1の出射光を反射し、前記第2の出射光、前記照射光および前記反射光を透過することを特徴とする請求項6記載の光学系。   7. The optical system according to claim 6, wherein the interface reflects the first emitted light and transmits the second emitted light, the irradiation light and the reflected light. 前記界面において、前記第2の出射光は、前記入射光および前記反射光を挟んで前記第1の出射光の反対側に位置することを特徴とする請求項6〜8の何れか記載の光学系。   9. The optical device according to claim 6, wherein the second outgoing light is located on the opposite side of the first outgoing light with the incident light and the reflected light interposed therebetween at the interface. system. 前記第1の出射光および前記反射光は、主光線と、前記主光線とそれぞれ角度をなす上光線および下光線と、をそれぞれ含み、
前記第1の出射光における前記主光線と、前記上光線または前記下光線がなす角度、および前記反射光における前記主光線と、前記上光線または前記下光線がなす角度は、前記第1の出射光における前記主光線の延長線と前記反射光における前記主光線の延長線のなす角度の半分以下であることを特徴とする請求項6〜9の何れか記載の光学系。
The first emitted light and the reflected light each include a chief ray, and an upper ray and a lower ray that make an angle with the principal ray, respectively.
The angle formed by the chief ray in the first emitted light and the upper ray or the lower ray, and the angle formed by the principal ray in the reflected light and the upper ray or the lower ray are The optical system according to any one of claims 6 to 9, wherein an angle between an extension line of the principal ray in the emitted light and an extension line of the principal ray in the reflected light is equal to or less than half.
前記光変調素子は、入射光を反射して前記第1または前記第2の方向に出射することを特徴とする請求項1〜10の何れか記載の光学系。   The optical system according to claim 1, wherein the light modulation element reflects incident light and emits the light in the first direction or the second direction. 前記光変調素子は、デジタル・マイクロミラー・デバイスであることを特徴とする請求項11記載の光学系。   The optical system according to claim 11, wherein the light modulation element is a digital micromirror device. 前記光変調素子は、入射光を前記第1または前記第2の方向に出射する可変領域と、入射光を前記第2の方向に固定して出射する固定領域を含むことを特徴とする請求項1〜12の何れか記載の光学系。   The light modulation element includes a variable region for emitting incident light in the first or second direction and a fixed region for fixing incident light in the second direction and emitting the fixed light. The optical system according to any one of 1 to 12. 前記光学素子はプリズムである請求項1〜13の何れか記載の光学系。   The optical system according to claim 1, wherein the optical element is a prism. 前記光学素子を通過した前記第1の出射光を入射し、投射対象に投射する投射光学系を備えた請求項1〜14の何れか記載の光学系。   The optical system according to any one of claims 1 to 14, further comprising a projection optical system that receives the first emitted light that has passed through the optical element and projects the first emitted light onto a projection target. 請求項1〜15の何れか記載の光学系を備え、画像を投射する画像投射装置。   An image projection apparatus, comprising the optical system according to claim 1, and projecting an image. 請求項16記載の画像投射装置を備えた移動体。   A moving body comprising the image projection device according to claim 16.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024038826A1 (en) * 2022-08-18 2024-02-22 古河電気工業株式会社 Prism and optical device

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000047326A (en) * 1998-07-24 2000-02-18 Asahi Optical Co Ltd Reflection type image projection device
US20030147158A1 (en) * 2001-12-31 2003-08-07 Penn Steven M. Prism for high contrast projection
US20060152686A1 (en) * 2004-12-09 2006-07-13 Serdar Yeralan Short arc lamp light engine for video projection
JP2011527766A (en) * 2008-07-11 2011-11-04 イーストマン コダック カンパニー Laser illuminated micro mirror projector
JP2012137679A (en) * 2010-12-27 2012-07-19 Sanyo Electric Co Ltd Projection type display device
WO2016140105A1 (en) * 2015-03-04 2016-09-09 コニカミノルタ株式会社 Optical unit and projector provided therewith
JP2018124302A (en) * 2017-01-30 2018-08-09 株式会社日立エルジーデータストレージ Video projector

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7530693B2 (en) 2005-05-31 2009-05-12 Next Wave Optics Inc. Single MEMS imager optical engine
US8717484B2 (en) 2010-08-11 2014-05-06 Inview Technology Corporation TIR prism to separate incident light and modulated light in compressive imaging device

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000047326A (en) * 1998-07-24 2000-02-18 Asahi Optical Co Ltd Reflection type image projection device
US20030147158A1 (en) * 2001-12-31 2003-08-07 Penn Steven M. Prism for high contrast projection
US20060152686A1 (en) * 2004-12-09 2006-07-13 Serdar Yeralan Short arc lamp light engine for video projection
JP2011527766A (en) * 2008-07-11 2011-11-04 イーストマン コダック カンパニー Laser illuminated micro mirror projector
JP2012137679A (en) * 2010-12-27 2012-07-19 Sanyo Electric Co Ltd Projection type display device
WO2016140105A1 (en) * 2015-03-04 2016-09-09 コニカミノルタ株式会社 Optical unit and projector provided therewith
JP2018124302A (en) * 2017-01-30 2018-08-09 株式会社日立エルジーデータストレージ Video projector

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024038826A1 (en) * 2022-08-18 2024-02-22 古河電気工業株式会社 Prism and optical device

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