JP7167844B2 - 光学系、および画像投射装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学系、および画像投射装置に関する。

特許文献１では、ＤＭＤ（反射型変調素子）８における入射光とＯＮ方向の反射光とが重なる角度領域の光をカットする略Ｄ字のアパーチャ６Ａ（干渉領域を取り除くとＤ字形状になる）を設けた画像表示装置を開示している。

特許文献２では、光変調素子を照射する光源から入射される光のうち、基体で反射されて投写光学系の入射口に入射する平面反射光となる光の波長成分を反射する波長選択フィルタ（遮光絞り）８０を備える投写型映像表示装置を開示している。

本発明は、コンパクトな構成で不要光の影響を低減する光学系、および画像投射装置を提供することを目的とする。

本発明に係る光学系および画像投射装置は、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光を前記光変調素子に向けて出射するリレー光学系と、を備え、リレー光学系は、光路の上流側から配置されるレンズアレイと、レンズを含み、レンズよりも光路の上流側に、レンズの有効径に入射する光を遮蔽する遮蔽部を備え、光軸に直交する方向において、レンズアレイの有効径の中心位置は、レンズの有効径の中心位置から、遮蔽部と反対方向にずれている。

本発明によれば、コンパクトな構成で不要光の影響を低減する光学系、および画像投射装置を提供することができる。

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。 図１に示したリレー光学系３０１の一部の詳細な構成を示す図である。

図１は、本発明の一実施形態としての画像投射装置を示す断面図である。

画像投射装置３００は、フロント投射型プロジェクタであり、スクリーンに画像を投射する。画像投射装置は、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。

図１に示す画像投射装置３００（光学系）は、光源１０１と、リレー光学系３０１と、フィールドレンズ１７と、光学素子１０２Ａおよび１０２Ｂと、光変調素子１０３と、投射光学系１０４とを備える。

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。

リレー光学系３０１は、光路の上流側から順次離間して配置される第１のフライアイレンズ１４Ａ、第２のフライアイレンズ１４Ｂ、フィールドレンズ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、フィールドレンズ１７を介して光学素子１０２Ａおよび１０２Ｂに導光する。

光学素子１０２Ａおよび１０２Ｂは、それぞれ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。

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、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、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。

以上の構成において、光学素子１０２Ａおよび１０２Ｂは、リレー光学系３０１から導光される照射光２５０を入射光２５０として光変調素子１０３に向けて入射させる。

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の出射光を出射する場合と、を切り替える。

光学素子１０２Ｂ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を反射し、光変調素子１０３から第２の方向に出射された第２の出射光を透過する。

光学素子１０２Ｂで反射された第１の出射光２００は、画像データに基づく画像を形成するＯＮ光として投射光学系１０４へ導光され、第２の方向に出射された第２の出射光は、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される。

投射光学系１０４は、第１の出射光２００をスクリーンに投射して画像（入力された画像データに基づく画像）を形成する。スクリーンは、マルチレイヤーアレイ（ＭＬＡ）等により構成される。

本実施形態では、以上説明した構成に加えて、フィールドレンズ１５よりも光路の上流側に、前記レンズの有効径に入射する光を遮蔽する遮蔽部５０を備えており、これにより、光変調素子１０３の表面での反射光に起因する不要光を低減することができる。光変調素子１０３の表面での反射光に起因する不要光とは、例えば、特開２０１７―１２９８４７号公報の図３および図５に示される不要光である。

本実施形態では、さらに、光軸に直交する方向において、光軸に直交する方向において、第１のフライアイレンズ１４Ａ、第２のフライアイレンズ１４Ｂの有効径の中心位置１４Ｍは、フィールドレンズ１５の有効径の中心位置１５Ｍから、遮蔽部５０と反対方向にずれている。これにより、第１のフライアイレンズ１４Ａ、第２のフライアイレンズ１４Ｂを、光軸に直交する方向における遮蔽部５０側の部分を有効径として用いないように、構成することができる。

そして、第１のフライアイレンズ１４Ａ、第２のフライアイレンズ１４Ｂは、光軸に直交する方向において、遮蔽部５０により光が遮蔽される遮蔽領域５５を除く領域に配置されている。これにより、リレー光学系３０１をコンパクトな構成にすることができる。

図２は、図１に示したリレー光学系３０１の一部の詳細な構成を示す図である。

図２（ａ）に示すリレー光学系３０１は、光軸に直交する方向において、第１のフライアイレンズ１４Ａ、第２のフライアイレンズ１４Ｂの一端側を付勢する付勢部材５１と、光軸に直交する方向において、第１のフライアイレンズ１４Ａ、第２のフライアイレンズ１４Ｂの他端側が突き当てられる突き当て面５２Ａと、を備えている。

これにより。光軸に直交する方向において、第１のフライアイレンズ１４Ａ、第２のフライアイレンズ１４Ｂを位置決めすることができる。

また、付勢部材５１は、光軸に直交する方向における遮蔽部５０側に配置され、図中Ａ方向に第１のフライアイレンズ１４Ａ、第２のフライアイレンズ１４Ｂを付勢する。そして、突き当て面５２Ａが形成される突き当て部材５２は、光軸に直交する方向における遮蔽部５０と反対側に配置されている。

これにより、光軸に直交する方向において、遮蔽部５０と付勢部材５１を重ねて配置することが可能になり、リレー光学系３０１をコンパクトな構成にすることができる。

図２（ｂ）に示すリレー光学系３０１は、図２（ａ）に示したリレー光学系３０１の変形例であり、付勢部材５１は、光軸に直交する方向における遮蔽部５０と反対側に配置され、図中Ｂ方向に第１のフライアイレンズ１４Ａ、第２のフライアイレンズ１４Ｂを付勢する。そして、遮蔽部５０に形成された突き当て面５０Ａは、光軸に直交する方向における遮蔽部５０側に配置されている。

これにより、光軸に直交する方向において、遮蔽部５０と付勢部材５１は重ねて配置されないため、遮蔽部５０により確実に光が遮蔽される。

以上説明したように、本発明の一実施形態に係る画像投射装置３００（光学系）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から照射される光を光変調素子１０３に向けて出射するリレー光学系３０１と、を備え、リレー光学系３０１は、光路の上流側から配置される第１のフライアイレンズ（レンズアレイ）１４Ａ、第２のフライアイレンズ（レンズアレイ）１４Ｂと、フィールドレンズ１５を含み、フィールドレンズ１５よりも光路の上流側に、フィールドレンズ１５の有効径に入射する光を遮蔽する遮蔽部５０を備え、光軸に直交する方向において、第１のフライアイレンズ１４Ａ、第２のフライアイレンズ１４Ｂの有効径の中心位置１４Ｍは、フィールドレンズ１５の有効径の中心位置１５Ｍから、遮蔽部５０と反対方向にずれている。

これにより、光変調素子１０３の表面での反射光に起因する不要光を低減すると共に、第１のフライアイレンズ１４Ａ、第２のフライアイレンズ１４Ｂを、光軸に直交する方向における遮蔽部５０側の部分を有効径として用いないように、構成することができる。

そして、第１のフライアイレンズ１４Ａ、第２のフライアイレンズ１４Ｂは、光軸に直交する方向において、遮蔽部５０により光が遮蔽される遮蔽領域５５を除く領域に配置されることにより、コンパクトな構成の光学系とすることができる。

リレー光学系３０１は、光軸に直交する方向において、第１のフライアイレンズ１４Ａ、第２のフライアイレンズ１４Ｂの一端側を付勢する付勢部材５１と、光軸に直交する方向において、第１のフライアイレンズ１４Ａ、第２のフライアイレンズ１４Ｂの他端側が突き当てられる突き当て面５０Ａ、５２Ａと、を備えることにより、光軸に直交する方向において、第１のフライアイレンズ１４Ａ、第２のフライアイレンズ１４Ｂを位置決めすることができる。

付勢部材５１は、光軸に直交する方向における遮蔽部５０側に配置され、突き当て面５２Ａは、光軸に直交する方向における遮蔽部５０と反対側に配置されることにより、光軸に直交する方向において、遮蔽部５０と付勢部材５１を重ねて配置することが可能になり、コンパクトな構成の光学系とすることができる。

あるいは、付勢部材５１は、光軸に直交する方向における遮蔽部５０と反対側に配置され、突き当て面５０Ａは、光軸に直交する方向における遮蔽部５０側に配置されることにより、光軸に直交する方向において、遮蔽部５０と付勢部材５１を重ねて配置されないため、遮蔽部５０により確実に光が遮蔽される。

１４Ａ 第１のフライアイレンズ（レンズアレイ）
１４Ｂ 第２のフライアイレンズ（レンズアレイ）
１５ フィールドレンズ
５０ 遮蔽部
１０１ 光源
１０２Ａ 光学素子
１０２Ｂ 光学素子
１０３ 光変調素子
１０４ 投射光学系
２００ 第１の出射光
２５０ 入射光（照射光）
３００ 画像投射装置（光学系）
３０１ リレー光学系

特開２００３－３１５７３３号公報 特開２０１７－１２９８４７号公報

Claims (9)

1. 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光を前記光変調素子に向けて出射するリレー光学系と、を備えた光学系であって、
   前記リレー光学系は、光路の上流側から配置されるレンズアレイと、レンズを含み、
   前記レンズよりも光路の上流側に、前記レンズの有効径に入射する光を遮蔽する遮蔽部を備え、
   光軸に直交する方向において、前記レンズアレイの有効径の中心位置は、前記レンズの有効径の中心位置から、前記遮蔽部と反対方向にずれている光学系。
2. 前記レンズアレイは、光軸に直交する方向において、前記遮蔽部により光が遮蔽される遮蔽領域を除く領域に配置される請求項１記載の光学系。
3. 光軸に直交する方向において、前記レンズアレイの一端側を付勢する付勢部材と、
   光軸に直交する方向において、前記レンズアレイの他端側が突き当てられる突き当て面と、を備えた請求項１または２記載の光学系。
4. 前記付勢部材は、光軸に直交する方向における前記遮蔽部側に配置され
   前記突き当て面は、光軸に直交する方向における前記遮蔽部と反対側に配置される請求項３記載の光学系。
5. 前記付勢部材は、光軸に直交する方向における前記遮蔽部と反対側に配置され、
   前記突き当て面は、光軸に直交する方向における前記遮蔽部側に配置される請求項３記載の光学系。
6. 前記レンズアレイは、光路上で離間して配置される第１、第２のフライアイレンズを含む請求項１～５の何れか記載の光学系。
7. 前記光変調素子から前記第１の方向に出射された第１の出射光、および前記光変調素子から前記第２の方向に出射された第２の出射光の一方を透過し、他方を反射する光学素子を備えた請求項１～６の何れか記載の光学系。
8. 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７記載の光学系。
9. 請求項１～８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。

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