以下に、本発明の実施の形態に係る投影装置を、図面を参照しながら説明する。実施の形態に係る投影装置は、照明機能の状態と投影機能の状態とを切り替えることができる。
「照明機能の状態」は、投影装置が照明機能を発揮できる状態であること又は投影装置が照明機能を発揮している状態であることを示す。「照明機能の状態」は、投影装置が照明光を照射できる状態であること又は投影装置が照明光を照射している状態であることを示す。「照明機能の状態」では、投影装置は照明装置として構成されている。つまり、「照明機能の状態」では、投影装置の各構成要素が照明装置の機能を発揮する状態で配置されている。
「投影機能の状態」は、投影装置が投影機能を発揮できる状態であること又は投影装置が投影機能を発揮している状態であることを示す。「投影機能の状態」は、投影装置が画像を投影できる状態であること又は投影装置が画像を投影している状態であることを示す。「投影機能の状態」では、投影装置は投影装置として構成されている。つまり、「投影機能の状態」では、投影装置の各構成要素が投影装置の機能を発揮する状態で配置されている。
なお、「照明機能の状態」および「投影機能の状態」では、光源の点灯は必須ではない。「照明機能の状態」および「投影機能の状態」において、光源は消灯された状態でも良い。つまり、投影装置の各構成要素が、各々の機能を発揮できる状態の位置に配置されていれば十分である。
照明機能の状態では、照明光が対象領域に照射される。つまり、照明機能の状態では、照明光が被照射領域に照射される。投影機能の状態では、画像情報を含む画像光が対象領域に投射される。画像光は、画像情報を含む光である。つまり、投影機能の状態では、画像光が被照射領域に投射される。このとき、対象領域に画像が投影される。したがって、実施の形態に係る投影装置は、照明機能付きの投影装置である。または、実施の形態に係る投影装置は、投影機能付きの照明装置である。
照明光が照射される対象領域は、画像光が投射される対象領域と同じである。ここで、「同じ対象領域」は、照明光の照射される対象領域が画像光の投射される対象領域を含む場合を含んでいる。また、「同じ対象領域」は、画像光の投射される対象領域が照明光の照射される対象領域を含む場合を含んでいる。
実施の形態に係る投影装置は、例えば、スポットライト、ダウンライト、天井灯、又は車両用灯具などである。スポットライトは、一点を集中的に照らす照明装置である。ダウンライトは、天井に埋め込まれるように取り付けられる小型の照明装置である。天井灯は、天井に取り付けられる照明装置である。車両用灯具は、例えば、車両の前照灯装置、デイライトまたはフォグライトなどである。デイライトは、昼間に点灯して走行中の車に対する周囲からの視認性を向上させるライトである。フォグライトは、濃霧などで前方の視界が制限された際に路面を照らすライトである。実施の形態に係る投影装置において、照明光の照明範囲の大きさ及び投影される画像の大きさは、特に限定されない。
実施の形態に係る投影装置は、投影機能の状態で画像光を投射することによって対象領域に画像を投影する。本出願において、「画像」は、文字、静止画、及び動画を含む。「投影」とは、像を映し出すことである。「対象領域」は、被照射領域である。対象領域は、床面、路面、壁面、及びその他の対象物の表面上の領域を含む。投影される「画像」は、例えば、歩行者を誘導するために路面に表示される矢印マーク、注意喚起のマーク、警告マークまたは遅延を示す表示などである。
以下において、説明を容易にするためにXYZ直交座標系が用いられる。Z軸は、投影装置の光軸に平行な座標軸である。+Z軸方向は、投影装置から出射される光の照射方向である。投影装置から出射される光の中心光線は、+Z軸方向に進む。投影装置が車両に搭載された前照灯装置である場合には、Z軸方向は、路面に対して傾斜した方向である。つまり、Z軸方向は、路面に対して平行ではない。例えば、投影装置が車両の前方に搭載される場合には、+Z軸方向は車両の前方であり、-Z軸方向は車両の後方である。しかし、投影装置が車両の後方に搭載される場合もある。この場合には、+Z軸方向は車両の後方であり、-Z軸方向は車両の前方である。
中心光線は、例えば、光の放射角度に対する光強度分布の加重平均となる角度方向の光線とすることができる。また、中心光線は、例えば、光の大部分が進行する主な方向の光線とすることができる。主光軸上の光線を中心光線とすることができる。主光軸は、照明装置の幾何学的中心軸ではなく、その光源が放射する光学的中心軸である。主光軸は、一般に、最高光度の放射方向である。また、この中心光線と重なる軸を投影装置100の光軸とすることができる。通常、放射角度に対して中心の光強度が最も高いので、光軸は、光源1の発光面の中心を通り発光面に垂直な軸となる。そして、通常、中心光線は、光軸上の光線となる。
X軸は、Z軸に直交する方向の座標軸である。投影装置が車両に搭載された前照灯装置である場合には、X軸方向は、車両の左右方向である。つまり、X軸方向は、車両の幅方向である。車両の前方を向いたときに、左方向が+X軸方向であり、右方向が-X軸方向である。
Y軸は、Z軸及びX軸に直交する方向の座標軸である。投影装置が車両に搭載される場合には、Y軸方向は、車両の上下方向である。車両の上方向が+Y軸方向であり、車両の下方向が-Y軸方向である。つまり、空の方向が+Y軸方向であり、路面の方向が-Y軸方向である。
以下の実施の形態では、光学部2,4を光軸C2,C4を中心とした回転体の形状として説明する。しかし、光学部2,4は回転体の形状以外の形状を取ることができる。光学部2,4は、例えば、直交する2つの軸方向の曲率が異なる面を採用できる。直交する2つの軸方向の曲率が異なる面は、トロイダル面である。トロイダル面は、シリンドリカル面を含む。シリンドリカル面は、一つの方向(第1の方向)に曲率を有し、その方向(第1の方向)に垂直な方向(第2の方向)に曲率を有さない。例えば、以下の実施の形態でYZ平面上に示された図において、光学部2,4はX軸方向に曲率を有さない。
また、以下の実施の形態では、光学部2,4は光軸C2,C4に対して対称な形状をしている。しかし、光学部2,4の形状は光軸C2,C4に対して片側とすることができる。この場合には、光学部2,4の外側は光軸C2,C4から遠い位置を示す。
《1》実施の形態1
《1-1》投影装置100の構成
図1は、実施の形態1に係る投影装置100の照明機能の状態の場合における主要な構成を概略的に示す図である。図2は、投影装置100の投影機能の状態の場合における主要な構成を概略的に示す図である。図1及び図2には、光学系の部材をYZ平面に平行な面で切る断面構造が示されている。また、図1及び図2には、制御系の構成要素が機能ブロックで示されている。
投影装置100は、光源部1、光学部2、画像形成部3および光学部4を備える。投影装置100は、移動部5、光源駆動部81、移動制御部82、表示制御部83および制御部84を備えることができる。
《1-2》光源部1
光源部1は、光R1を出射する。光源部1は、光R1を+Z軸方向出射する。光源部1は、光学部2に向けて光R1を出射する。「出射」とは、ある方向に光を発することである。光源部1の光軸は、C1で示される。光源部1は、例えば、光源部品である。
光源部1の光出射面11は、光を出射する面である。光出射面11は、例えば、発光面である。光出射面11は、例えば、円形形状又は矩形形状などである。
光源部1は、例えば、固体光源又はランプ光源を備えている。
固体光源は、例えば、半導体光源である。半導体光源は、例えば、発光ダイオード(LED)又はレーザーダイオード(LD)などである。固体光源は、有機エレクトロルミネッセンス(有機EL)を用いた光源であってもよい。或いは、固体光源は、蛍光体と蛍光体に励起光を照射する励起光源とを備える光源であってもよい。蛍光体は、例えば、面状に塗布されている。光源部1が固体光源を備える場合には、ランプ光源を備える場合に比べて、発光効率及び指向性を高くすることができる。また、光源部1が固体光源を備える場合には、投影装置100を軽量化及び省電力化することができる。
ランプ光源は、例えば、白熱電球、ハロゲンランプ又は蛍光ランプなどである。ランプ光源は、リフレクタを備えてもよい。リフレクタは、例えば、反射鏡などである。リフレクタは、発光体から放射された光を反射する。発光体は、光を発する部分である。リフレクタを備えることによって、発光体から出射される光は指向性を有することができる。
「指向性」とは、光源部から空間中に光が出力されるときに、出力される光の強度が方向によって異なる性質である。「指向性を有する」とは、例えば、発光面の前方に光が進行して、発光面の後方には光が進行しないことをいう。つまり、指向性を有する光源部から出射される光の発散角は、180度以下である。以下の実施の形態で示す光源部1は、一例として、指向性を有する光源部である。
《1-3》光学部2
光学部2は、入射した光の配光を変更する。光学部2は、入射した光の発散角を変更する。光学部2は、光源部1から出射された光R1を集光することができる。光学部2は、例えば、光軸C2上に光を集光することができる。「集光」とは、光を集めることである。つまり、出射する光の発散角は、入射する光の発散角よりも小さい。「配光」とは、光源の空間に対する光度分布である。つまり、配光は光源から出る光の空間的分布である。配光は光源からどの方向(角度)に光がどれぐらいの強さで発しているかを示すものである。「発散角」とは、光の広がる角度である。なお、発散角は、集光される光の角度も含む。光学部2は、例えば、光学部品である。
光学部2は、光R1を入射する。光学部2は、入射した光R1を光R2に変換する。光R2は、少なくとも収束する光成分及び発散する光成分のいずれか1つを含む。光学部2は、少なくとも光の屈折及び光の反射のいずれかによって光R1の進行方向を変える。光学部2は、光R1の進行方向を変えて光R2を出射する。光学部2は、光偏向部である。
例えば、光学部2は、入射する光R1の発散角を変更する。光R2の発散角は、光R1の発散角よりも小さい。光R2は、収束光、平行光、及び発散光を含むことができる。光学部2は、集光部とも呼ばれる。
光学部2の光軸は、C2で示される。実施の形態1において、光軸C1と光軸C2とは同一の軸上に位置する。ただし、光軸C2が光軸C1に対して傾斜するように、光源部1および光学部2を配置してもよい。また、光軸C2が光軸C1に対して偏心するように、光源部1および光学部2を配置してもよい。
図3は、投影装置100の照明機能の場合の主要な構成及び光学部2を通過する光の主要な経路を示す図である。図4は、投影装置100の投影機能の場合の主要な構成及び光学部2を通過する光の主要な経路を示す図である。図5(A)及び図5(B)は、投影装置100の光学部2の外観を概略的に示す側面図及び正面図である。
光学部2は、中心部分20aと、周辺部分20bとを備えている。
中心部分20aは、光学部2の一部である。光学部2の光軸C2は、中心部分20aを通っている。つまり、光軸C2は、光学部2の中心部分20a内に存在する。中心部分20aは、例えば、光軸C2を中心とした光学部2の中心部分である。中心部分20aは、第1の中心部分とも呼ばれる。
なお、実施の形態の説明の中で用いる「第1」および「第2」などは、実施の形態の説明を容易にするためのもので、実施の形態以外の記載とは関係がない。
中心部分20aは、入射面21と出射面23とを備えている。入射面21は光R1を入射する。出射面23は光R2を出射する。光R2は、光R2aおよび光R2bを含んでいる。また、光R2は、光R2cおよび光R2dを含んでいる。
入射面21は、例えば、+Z軸方向に進むほど狭くなっている。入射面21は、先細りの形状である。実施の形態1では、先細りの形状は、光軸C2を中心とした回転体の形状をしている。回転体は、平面曲線を同一の平面内の直線を回転軸として回転させることによって得られる立体図形である。光軸C2を含む平面上での入射面21の断面は、例えば、出射面23側に向けて凸形状の曲面形状である。光R1は、例えば、入射面21から入射する際に屈折する。入射面21は、光学部2の光軸C2との交点を有する。
入射面21は、面21aと面21bとを含んでいる。凸形状の頂点の部分には、面21bが形成されている。凸形状の頂点に至る部分には、面21aが形成されている。例えば、凸形状を円錐台形状とすると、面21bは上面に相当する。上面は円錐台の小さな円形状の面である。なお、底面は円錐台の大きな円形状の面である。また、面21aは側面に相当する。光R1は、面21aで反射面22に向けて偏向される。そして、面21aを透過した光R1は反射面22に到達する。光R1は、面21bで反射面22に向けて偏向されない。そして、面21bを透過した光R1は出射面23に到達する。
入射面21の形状は、図示のものに限定されない。例えば、入射面21は、複数の平面を連結した多角形状などの他の形状であってもよい。この場合、多角形状は、曲面形状に近似した形状とすることができる。
出射面23は、入射面21の+Z軸方向側に形成されている。出射面23は、光学部2の光軸C2との交点を有する。
出射面23の形状は、図示のものに限定されない。例えば、出射面23は、凹面形状、凸面形状、又は複数の平面を連結した多角形状などであってもよい。
周辺部分20bは、光学部2の他の一部である。つまり、周辺部分20bは、中心部分20aとは別の光学部2の一部である。周辺部分20bは、光軸C2を中心として中心部分20aの半径方向の外側の部分である。周辺部分20bは、光軸C2を中心として中心部分20aの外周側に位置する。周辺部分20bは、光学部2の外周面より内側であって、中心部分20aの外側の部分である。周辺部分20bは、第1の周辺部分とも呼ばれる。
周辺部分20bは、光R1を反射する反射面22を備えている。周辺部分20bは、光R1を出射する出射面24を備えている。
反射面22は、入射した光を反射する。反射面22は、入射面21から入射した光R1を反射する。反射面22は、例えば、光学部2の外周面である。反射面22は、光R1が光軸C2に近づく方向に光R1を反射する。反射面22は、例えば、全反射面である。また、光軸C2を含む平面上での反射面22の断面は、例えば、光学部2の内部を進む光から見て凹形状である。反射面22の断面は、例えば、凹形状の曲面形状である。
反射面22の形状は、図示のものに限定されない。例えば、反射面22は、複数の平面を連結した多角形状などの他の形状であってもよい。この場合、多角形状は、曲面形状に近似した形状とすることができる。
出射面24は、反射面22で反射された光R1を出射する。出射面24は、光軸C2を中心として出射面23の外周側に位置する。実施の形態1では、出射面23と出射面24とは、例えば、同一の平面を形成する。この同一の平面は、出射面25である。出射面25は、出射面23と出射面24とを含んでいる。このような場合には、出射面23,24は、出射面25の領域23,24である。なお、出射面23と出射面24との間に段差などを設けて、異なる出射面とすることができる。
出射面24の形状は、図示のものに限定されない。例えば、出射面24は、凹面形状、凸面形状、又は複数の平面を連結した多角形状などであってもよい。
中心部分20aと周辺部分20bとは、例えば、同じ材質で一体に形成されている。ただし、中心部分20aと周辺部分20bとは、例えば、異なる材質で形成されてもよい。光学部2は、中心部分20aと周辺部分20bとを接合したものであってもよい。
光学部2は、例えば、透明樹脂で製作される。光学部2の材質は、透明樹脂に限らない。光学部2の材質は、光を透過する他の材質の光屈折材であってもよい。光屈折材は、光を屈折する材料である。
入射面21は、中心部分20aに形成されている。入射面21に到達した光R1は、入射面21で屈折する。つまり、光R1は、入射面21で偏向される。入射面21で屈折した光R1は、反射面22に向かう。入射面21で屈折した光R1は、反射面22に向かう方向に進む。反射面22に向かう方向は、光R1が進むほど光軸C2から遠ざかる方向である。入射面21で偏向された光は、反射面22に到達する。ただし、入射面21で偏向された光の一部は、出射面23又は出射面24に直接到達する。
出射面23からは、例えば、図3に示される光R2aが出射される。または、出射面23からは、例えば、図4に示される光R2cが出射される。光R2a及び光R2cは、光学部2から出射される光R2の一部である。光R2a及び光R2cは、入射面21から入射して直接、出射面23から出射した光である。
光R2a及び光R2cは、画像形成部3の画像形成領域31に到達する。光R2aは、距離Pが距離P1である状態の光である。つまり、光R2aは、投影装置100が照明機能である状態の光である。光R2cは、距離Pが距離P2である状態の光である。つまり、光R2cは、投影装置100が投影機能である状態の光である。距離Pは、光源部1から光学部2までの距離である。距離Pは、光源部1の光出射面11から光学部2までの距離である。
光R2a及び光R2cは、入射面21の+Z軸側の端部に形成された平面形状の部分(すなわち、面21b)から入射している。この平面形状の部分は、例えば、光軸C2に垂直な平面である。光R2a及び光R2cは、入射面21で反射面22に向けて偏向されなかった光である。
出射面24からは、例えば、図3に示される光R2bが出射される。または、出射面24からは、例えば、図4に示される光R2dが出射される。光R2b及び光R2dは、光学部2から出射される光R2の一部である。光R2b及び光R2dは、入射面21から入射して、反射面22で反射し、出射面24から出射した光である。
光R2bは、画像形成部3の周辺領域32に到達する。光R2bは、距離Pが距離P1である状態の光である。つまり、光R2bは、投影装置100が照明機能である状態の光である。光R2dは、画像形成部3の画像形成領域31に到達する。光R2dは、距離Pが距離P2である状態の光である。つまり、光R2dは、投影装置100が投影機能である状態の光である。
実施の形態1では、光学部2は、単一の光学部品である。ただし、光学部2は、複数の光学部品の組み合わせで構成されてもよい。
《1-4》画像形成部3
画像形成部3は、入射した光を画像光に変換する。画像形成部3は、画像形成領域31および周辺領域32を含む。光学部2から出射された光R2は、少なくとも画像形成領域31及び周辺領域32のいずれか1つに入射する。画像形成部3は、例えば、画像形成部品である。
図6(A)及び図6(B)は、投影装置100の画像形成部3の外観を概略的に示す側面図及び正面図である。
画像形成領域31は、画像を形成する。画像形成領域31は、入射した光R2を画像光に変換する。画像形成領域31に形成される画像は、光学部4によって投影される。画像形成領域31に形成される画像33は、対象領域6に投影される画像72に対応する。画像72は、画像33の投影像である。「投影」は、物の姿を何かの面にうつすことである。「投影像」は、うつし出された像である。ここで、投影像がうつし出される面は、対象領域6である。例えば、画像形成領域31は、光学部2の光軸C2との交点を含む。光R2は、画像形成領域31を通過して画像光になる。
画像形成領域31には、光を透過する領域と、光を遮光する領域とが形成される。光を透過する領域と光を遮光する領域とによって、画像形成領域31には画像33が形成される。つまり、画像形成領域31は、光学部2から出射された光R2の一部を透過する。また、画像形成領域31は、光学部2から出射される光R2の他の一部を遮光する。
画像形成領域31によって、入射した光R2は画像光に変換される。画像光は、光学部4を通過して対象領域6に投射される。画像光の投射によって、対象領域6に画像72が投影される。
画像形成領域31は、例えば、液晶素子である。液晶素子は、液晶パネル又は液晶ライトバルブとも呼ばれる。液晶パネルは、偏光フィルターによって入射する光の一部を透過させ、入射する光の他の一部を遮光する。例えば、画像形成部3には、画像信号が入力される。画像信号は、画像情報を含む信号である。画像形成部3は、画像形成領域31に画像信号に基づく画像33を形成する。液晶パネルは、入力される画像信号に応じて、投影される画像72を変更することができる。また、液晶パネルは、投影される画像72を動画とすることができる。なお、画像形成領域31及び周辺領域32を含む領域を液晶素子とすることができる。周辺領域32に相当する液晶素子の領域は、照明機能が選択されている場合には、光を透過する。また、周辺領域32に相当する液晶素子の領域は、投影機能が選択されている場合には、光を遮光することができる。
画像形成領域31は、例えば、光を遮断する領域を含む遮光板であってもよい。例えば、画像形成領域31は、矢印形状の開口を持つ遮光板であってもよい。この開口は、光を通過させる。遮光板は、光を遮断する遮光膜によって形成されてもよい。遮光膜は、遮光板の一例である。この場合には、開口に対応する画像72が投影される。
遮光板は、例えば、ステンレス鋼などの金属板である。遮光板は、例えば、ガラスなどの基材と、これに塗布されたクロム又はアルミニウムなどの遮光膜とから構成されてもよい。遮光板は、投影される画像72を変更しない。遮光板を採用した場合には、画像形成部3は、一種類の画像72を投影する。なお、画像形成部3は、ある開口を持つ遮光板を他の開口を持つ遮光板と取り替えることで、複数の種類の画像のうちのいずれかの画像72を投影することができる。
また、遮光板は、回転するように備えられた回転板で構成されてもよい。回転板は、複数の画像を含む遮光部材である。この場合、遮光板を回転させることで、複数の種類の画像のいずれかの画像が画像形成領域31の画像33となる。画像形成部3は、選択された画像33に基づく画像72を投影することができる。
画像形成部3は、例えば、複数のマイクロミラーを含む表示素子であってもよい。この表示素子は、例えば、2次元に配列された複数のマイクロミラーを備えている。画像33は、複数のマイクロミラーの傾斜によって形成される。この表示素子は、例えば、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いたDLP(Digital Light Processing、登録商標)又はDMD(Digital Micromirror Device、登録商標)などである。「MEMS」は、微小な電気部品と機械部品とを一つの基板上に組み込んだデバイス又はシステムである。マイクロミラーを用いた表示素子は、画像情報に基づいて、投影される画像72を変更することができる。また、画像形成部3がマイクロミラーを用いた表示素子を採用する場合には、投影される画像72を動画とすることができる。
投影機能が選択されているときには、投影装置100は、画像形成領域31を透過する光R2を増加させる。画像形成領域31を透過する光R2は、例えば、図4に示される光R2c及び光R2dである。
周辺領域32は、光軸C2を中心として画像形成領域31の外周側に形成されている。周辺領域32は、画像形成領域31の周辺側に位置している。周辺領域32は、例えば、光を透過する。周辺領域32は、例えば、光透過性部材で形成されている。光透過性部材は、光を透過する部材である。ただし、周辺領域32は、必ずしも光透過性部材で形成される必要はない。周辺領域32は、光が通過する空間であってもよい。つまり、画像形成部3は、画像形成領域31のみを備えてもよい。光R2は、周辺領域32を通過して照明光71となる。なお、周辺領域32は、レンズ面などを備えることで透過する光の配光を変更することができる。
周辺領域32は、例えば、ガラス又は透明樹脂などによって構成される。照明機能が選択されているときには、投影装置100は、周辺領域32を透過する光R2を増加させる。周辺領域32を透過する光R2は、例えば、図3に示される光R2bである。
周辺領域32は、画像形成領域31を保持する保持部としての機能を持つこともできる。そのため、周辺領域32の大きさ又は厚みは、所望の大きさ及び厚みに設定してもよい。つまり、周辺領域32は、光R2を透過する構成であれば、特に制限されない。
《1-5》光学部4
光学部4は、入射した光を投射する。光学部4は、光R3を入射する。光R3は、光R31および光R32を含んでいる。光学部4は、入射した光R3を光R4に変換する。光R4は、少なくとも照明光及び画像光のいずれか1つを含む。光R4は、光R4aおよび光R4bを含んでいる。光学部4は、少なくとも光の屈折及び光の反射のいずれかによって光R3の進行方向を変える。光学部4は、光R3の進行方向を変えて光R4を出射する。光学部4は、光偏向部である。光学部4は、例えば、光学部品である。
図1に示されるように、光学部4は、照明光71を対象領域6上に照射する。光学部4は、画像形成部3の周辺領域32を通過した光R4bを対象領域6に向ける。光学部4は、画像形成部3の周辺領域32を透過した光を偏向して、対象領域6に向ける。光R4bは、対象領域6に照明光71として投射される。光R4bは、対象領域6に投射される。
また、図2に示されるように、光学部4は、画像72を対象領域6上に投影する。光学部4は、画像形成部3の画像形成領域31を通過した光R4aを対象領域6に向ける。光学部4は、画像形成部3の画像形成領域31を透過した光を偏向して、対象領域6に向ける。光R4aは、対象領域6に画像72として投射される。光R4aは、対象領域6に投射される。光R4aは、画像光とも呼ばれる。光学部4は、投影部とも呼ばれる。
光学部4の光軸は、C4で示される。実施の形態1において、光軸C2と光軸C4とは一致する。つまり、光軸C2と光軸C4とは同一の軸上に位置する。ただし、光軸C4が光軸C2に対して傾斜するように、光学部4および光学部2を配置してもよい。また、光軸C4が光軸C2に対して偏心するように、光学部4および光学部2を配置してもよい。
図7は、投影装置100の光学部4及び光学部4を通過する光の主要な経路を示す図である。図8(A)及び図8(B)は、投影装置100の光学部4の外観を概略的に示す側面図及び正面図である。
光学部4は、例えば、屈折面41,42,44と反射面43とを備える。光学部4は、例えば、レンズである。反射面43は、例えば、全反射面である。
光学部4は、中心部分40aと、周辺部分40bとを備えている。
中心部分40aは、光学部4の一部である。光学部4の光軸C4は、中心部分40aを通っている。つまり、光学部4の光軸C4は、中心部分40a内に存在する。中心部分40aは、光軸C4を中心とした光学部4の中心部分である。中心部分40aは、第2の中心部分とも呼ばれる。中心部分40aの光軸は、光軸C4である。
中心部分40aは、画像光を投射する。中心部分40aは、画像形成部3の画像形成領域31から出射された画像光を対象領域6上に投射する。中心部分40aは、画像形成部3の画像形成領域31に形成された画像33を対象領域6上に画像72として投影する。
中心部分40aは、例えば、投影レンズである。中心部分40aは、例えば、凸レンズである。中心部分40aは、例えば、凸レンズを含んでいる。中心部分40aは、両凸レンズ又は平凸レンズであってもよい。中心部分40aは、例えば、シリンドリカルレンズ又はトロイダルレンズなどであってもよい。中心部分40aは、入射面41と出射面44とを備えている。入射面41は光R3を入射する。出射面44は光R4を出射する。
対象領域6に投影される画像72は、画像形成領域31に形成される画像33を基とした画像である。光学部4は、画像形成領域31に形成された画像33を拡大して対象領域6に投影する。投影された画像72は、画像形成領域31に形成された画像33を拡大したものである。また、投影された画像72は、画像形成領域31に形成された画像の上下方向及び左右方向を反転したものである。
周辺部分40bは、光学部4の他の一部である。周辺部分40bは、中心部分40aとは別の光学部4の一部である。周辺部分40bは、光軸C4を中心とした中心部分40aの外周側に形成されている。つまり、周辺部分40bは、光軸C4を中心とした中心部分40aの半径方向の外側に配置されている。周辺部分40bは、第2の周辺部分とも呼ばれる。周辺部分40bの光軸は、光軸C4である。
周辺部分40bは、光R32を照明光71として照射する。周辺部分40bは、光R32を対象領域6上に照明光71として照射する。光R32は、画像形成部3上の周辺領域32から出射された光である。
周辺部分40bは、入射面42を備えている。周辺部分40bは、反射面43を備えている。周辺部分40bは、出射面45を備えている。
入射面42は、光軸C4を中心とした入射面41の外周側に形成されている。入射面42の外周側の端部42aは、入射面42の内周側の端部42bよりも-Z軸方向側に位置している。入射面42の外周側の端部42aは、入射面42の内周側の端部42bよりも画像形成部3側に位置している。入射面42は、光軸C4を中心軸とした回転体形状をしている。入射面42の形状は、図示のものに限定されない。例えば、入射面42は、曲面形状又は複数の平面を連結した多角形状などであってもよい。入射面41の外周側の端部41aは、入射面42の内周側の端部42bと接続されている。
反射面43は、光学部4の外周面である。反射面43の断面は、例えば、光学部4の内部を進む光から見て凹形状である。反射面43の断面は、例えば、曲面形状である。反射面43は、光軸C4を中心軸とした回転体形状をしている。反射面43の外周側の端部43aは、出射面45の外周側の端部45aと接続されている。
反射面43の形状は、図示のものに限定されない。例えば、反射面43は、複数の平面を連結した多角形状などの他の形状であってもよい。この場合、多角形状は、曲面形状に近似した形状とすることができる。
出射面45は、光軸C4を中心とした出射面44の外周側に形成されている。実施の形態1では、出射面45は出射面44よりも+Z軸方向側に位置している。接続面46は、出射面44の外周側の端部44aと出射面45の内周側の端部45bとを繋いでいる。出射面45は、例えば、光軸C4に垂直な面である。
出射面45の形状は、図示のものに限定されない。例えば、出射面45は、曲面形状又は複数の平面を連結した多角形状などであってもよい。
中心部分40aと周辺部分40bとは、例えば、同じ材質で一体に形成されている。ただし、光学部4は、中心部分40aと周辺部分40bとを接合したものであってもよい。
光学部4は、例えば、透明樹脂で製作される。光学部4の材質は、透明樹脂に限らない。光学部4の材質は、光を透過する他の材質の光屈折材であってもよい。
実施の形態1では、光学部4は、単一の光学部品である。ただし、光学部4は、複数の光学部品の組み合わせで構成されてもよい。
《1-6》移動部5および制御部81,82,83,84
移動部5は、光学系の部材を移動させる。移動部5は、光源部1から光学部2までの距離Pを変更する。移動部5は、光源部1と光学部2との間の光軸C1方向の距離Pを変更する。光軸C1方向は、例えば、Z軸方向である。移動部5は、光源部1と光学部2との間の光軸C2方向の距離Pを変更する。光軸C2方向は、例えば、Z軸方向である。
移動部5は、投影装置100の状態を照明機能の状態又は投影機能の状態に切り替える。移動部5は、例えば、移動部品である。移動部5は、投影装置100の状態を照明機能の状態又は投影機能の状態に切り替える部品である。
移動部5は、少なくとも光源部1及び光学部2のいずれか1つを移動させる。実施の形態1において、移動部5は光学部2を移動させる。移動部5は光源部1に対して光学部2を移動させる。移動部5は光学部2を光軸C1に平行な方向に移動させる。移動部5は光学部2を光軸C2に平行な方向に移動させる。図1では、移動部5が光学部2をZ軸方向に移動させる。
なお、光学部2の代わりに、または、光学部2に加えて、移動部5は光源部1を移動させても良い。移動部5は光源部1を移動させる。移動部5は光源部1を光軸C1に平行な方向に移動させる。移動部5は光源部1を光軸C2に平行な方向に移動させる。移動部5は光学部2に対して光源部1を移動させる。移動部5は、光源部1及び光学部2の少なくとも一方を移動させる。
移動部5は、光学部2から出射される光R2の進行方向を変更する。移動部5は、光学部2から出射される光R2の進行方向を変更する変更部の一例である。
光学部2から出射される光R2の進行方向が変更されると、画像形成領域31に入射する光R2の量と周辺領域32に入射する光R2の量とが変更される。
図1及び図3は、投影装置100の光学部2が初期位置にある状態を示す。このとき、投影装置100は、照明装置として機能する。このとき、光源部1から光学部2までの距離Pは、P1である。
図2及び図4は、投影装置100の光学部2が他の位置にある状態を示す。図2及び図4は、投影装置100の光学部2が初期位置と異なる位置にある状態を示す。このとき、投影装置100は、投影装置として機能する。このとき、光源部1から光学部2までの距離Pは、P2である。距離P2は距離P1よりも長い(P2>P1)。つまり、光学部2の移動量は、距離P2から距離P1を引いた値(P2-P1)である。
移動部5は、支持機構51および駆動力発生部52を備えている。
支持機構51は、光学部2を支持している。支持機構51は、支持部の一例である。なお、光学部2を移動させる場合には、支持機構51は、光学部2の代わりに、光源部1を支持してもよい。
駆動力発生部52は、光学部2に直線運動を提供する。駆動力発生部52は、支持機構51を介して光学部2に直線運動を提供する。駆動力発生部52は、例えば、送りねじを用いた駆動機構である。送りねじは、ねじ軸とナットとを用いて、回転の動きを直進の動きに変換する機械部品である。ねじ軸はリードスクリューとも呼ばれる。
駆動力発生部52は、例えば、ねじ軸とナット部とを備えている。実施の形態1では、光学部2は、例えば、支持機構51を介してナット部に支持されている。ナット部は、ねじ軸に噛み合っている。移動部5は、ねじ軸を回転させる。例えば、モータがねじ軸を回転させる。ねじ軸が回転することで、ナット部は、ねじ軸の長手方向に移動する。ただし、移動部5の構成は、上記の例に限定されない。駆動力発生部52は、他の磁力を利用した駆動機構などを採用することができる。また、移動部5は、送りねじの機構の代わりに、ラック・アンド・ピニオンの機構を採用することができる。
距離Pは、光源部1から光学部2までの距離である。図1は、距離Pが距離P1である状態を示している。図2は、距離Pが距離P2である状態を示している。
光量Q1cは、距離Pが距離P1である場合の画像形成領域31に入射する光R2の光量である。光量Q2cは、距離Pが距離P2である場合の画像形成領域31に入射する光R2の光量である。光量Q1cは、光量Q2cよりも少ない。図2に示されるように、距離P2の場合には、画像形成領域31に入射する光R2の量は距離P1の場合よりも多い。このとき、対象領域6に投影される画像72は、図1の場合より明るく表示される。
光量Q1pは、距離Pが距離P1である場合の周辺領域32に入射する光R2の光量である。光量Q2pは、距離Pが距離P2である場合の周辺領域32に入射する光R2の光量である。光量Q1pは、光量Q2pよりも多い。図1に示されるように、距離P1の場合には、周辺領域32に入射する光R2の量が距離P2の場合よりも多い。このとき、対象領域6に投射される照明光71は、図2の場合より明るい。また、投影される画像72は、不明瞭な状態で低い照度で表示される。
投影装置100は、配光の変更によって、画像形成領域31に入射する光R2の量と周辺領域32に入射する光R2の量との比率を変更する。
光源駆動部81は、例えば、光源部1を駆動する回路である。光源駆動部81は、光源部1の点灯、消灯または光量の変更を行う。移動制御部82は、例えば、移動部5を駆動する回路である。移動制御部82は、移動部5を介して光学部2を移動させる。
表示制御部83は、例えば、画像形成部3の画像形成領域31を駆動する回路である。表示制御部83は、例えば、画像形成領域31に画像を表示させる。画像形成領域31が液晶素子または複数のマイクロミラーを含む表示素子などの場合には、表示制御部83は画像情報を含む信号を基に画像形成領域31に画像33を表示させる。画像形成領域31が複数の画像を含む遮光部材の回転板である場合には、表示制御部83は回転板を回転させて表示する画像33を選択する。なお、画像形成領域31が一種類の画像33を表示する遮光板の場合には、投影装置100は、表示制御部83を備えなくてもよい。
制御部84は、例えば、装置全体を制御する回路である。制御部84は、少なくとも光源駆動部81、移動制御部82、表示制御部83、及び制御部84のいずれか1つを駆動する。制御部84は、例えば、メモリおよびプロセッサを備える。メモリは、プログラムを記憶する記憶部である。プロセッサは、プログラムを実行する演算部である。
また、移動部5によって支持されている光学部2をユーザが手で移動させてもよい。この場合には、投影装置100は、移動制御部82を備えなくてもよい。
《1-7》投影装置100の動作
《1-7-1》照明機能の状態
図3は、投影装置100の照明機能の状態を示す。照明機能の状態の場合には、例えば、光学部2は初期位置にある。このとき、光源部1から光学部2までの距離Pは、P1である。
照明機能の状態の場合には、光R2bは、光学部2と画像形成部3との間で集光している。
図3に示されるように、照明機能の状態の場合に、光源部1から出射された光R1は、光学部2の入射面21に到達する。入射面21に到達した光R1は、入射面21によって屈折する。つまり、光源部1から出射された光R1は、入射面21によって偏向される。光R1は、例えば、偏向されて光軸C2から離れる方向に進行する。
入射面21によって偏向された光R1の一部は、中心部分20aを透過して、出射面23から出射する。つまり、光R2aは、出射面23から出射される。出射面23から出射された光R2aは、画像形成領域31に向って進む。中心部分20aから出射された光R2aは、画像形成部3の画像形成領域31に入射する。つまり、光R2aは、画像形成領域31に入射する。光R2aは、画像形成領域31によって画像光に変換される。図3では、入射面21bに入射した光R1は出射面23から光R2aとして出射されている。なお、入射面21bが光軸C2に垂直な平面の場合には、光R1の偏向量は小さい。
入射面21によって偏向された光の他の一部は、反射面22に到達する。つまり、光R2bは、反射面22で反射される。反射面22は、光学部2の外周面である。反射面22で反射された光R2bは、出射面24に向かって進む。反射面22における光R2bの反射は、例えば、全反射である。図3では、入射面21aに入射した光R1は、反射面22に到達している。
「全反射」とは、入射する光が境界面を透過せずに反射される作用を指す。ここでは、光学部2内を進む光が、光学部2とその外部の空間との境界面に達したときに、境界面を透過せずに、反射される作用を指す。図3において、境界面は反射面22である。
図3及び図4において、周辺部分20bは、説明を容易にするために、周辺部分20b1,20b2と区別して表記される。同様に、図3及び図4において、画像形成部3の周辺領域32は、説明を容易にするために、周辺領域32a,32bと区別して表記される。
反射面22で反射された光R2bは、光学部2の周辺部分20bから出射される。反射面22で反射された光R2bは、出射面24から出射される。
図3に示されるように、光学部2の周辺部分20bから出射された光R2bは、光軸C2に対して反対側の画像形成部3の周辺領域32に到達する。例えば、図3の上側に示される周辺部分20b1から出射された光R2bは、図3の下側に示される周辺領域32bに到達する。同様に、図3の下側に示される周辺部分20b2から出射された光R2bは、図3の上側に示される周辺領域32aに到達する。
つまり、照明機能の状態では、周辺部分20bから出射した光R2bは、周辺領域32に到達する。照明機能の状態では、周辺部分20bから出射した光R2bは、光軸C2を挟んで反対側の周辺領域32に到達する。反射面22で反射された光R2は、光軸C2に対して、反射された反射面22と反対側に位置する周辺領域32に到達する。周辺領域32を通過した光は、光学部4によって照明光71として対象領域6に投射される。
なお、光学部2の反射面22は、ミラー面であってもよい。ミラー面は、例えば、基材の表面にミラー用の金属の蒸着によって形成された面である。この場合には、光学部2は、屈折材である必要はない。この場合には、光学部2は、例えば、内部が空洞である筒形状の部材である。筒形状は、例えば、円錐台の側面で形成される形状である。ミラー面は、筒形状の側面の内側に形成されている。
しかし、光学部2の反射面22は、全反射面であることが望ましい。全反射面は、ミラー面よりも反射率が高く、光の利用効率を向上できるからである。
投影装置100が照明機能の状態である場合には、光学部2から出射する光R2aは、不要光である。光R2aは、画像形成部3の画像形成領域31によって画像光に変換されるからである。「不要光」とは、製品上は不必要な光である。ただし、光R2aの光量を光R2bの光量に対して少なくすることで、画像光の影響を少なくすることができる。照明機能の状態である場合の配光は、主に光R2bによって形成される。そのため、画像形成領域31に向かう光R2aの光量は、少ないことが望ましい。また、画像形成領域31が液晶素子のように光の透過量を変更できる場合には、画像形成領域31を光透過率の高い状態にして、光R2aを照明用の光として利用してもよい。
《1-7-2》投影機能の状態
図4は、投影装置100の投影機能の状態を示す。投影機能の状態の場合には、例えば、光学部2は、初期位置から+Z軸方向に移動した位置にある。このとき、光源部1から光学部2までの距離Pは、P2である。距離P2は距離P1よりも長い(P2>P1)。
投影機能の状態の場合には、光R2dは、画像形成部3上で集光している。光R2dの光学部2から集光位置までの距離は、光R2bの光学部2から集光位置までの距離よりも長い。これは、距離PがP2となることで、光R1の反射面22への入射角が大きくなったためである。
図4に示されるように、投影機能の状態の場合に、光源部1から出射された光R1は、光学部2の中心部分20aの入射面21に到達する。入射面21に到達した光R1は、入射面21によって屈折する。つまり、光源部1から出射された光R1は、入射面21によって偏向される。光R1は、例えば、偏向されて光軸C2から離れる方向に進行する。
入射面21によって偏向された光R1の一部は、中心部分20aを透過して、出射面23から出射する。つまり、光R2cは、出射面23から出射される。出射面23から出射された光R2cは、画像形成領域31に向って進む。中心部分20aから出射された光R2cは、画像形成部3の画像形成領域31に入射する。つまり、出射面23から出射された光R2cは、画像形成領域31に入射する。このとき、光R2cは、画像形成領域31によって画像光に変換される。図4では、入射面21bに入射した光R1は出射面23から光R2cとして出射されている。なお、入射面21bが光軸C2に垂直な平面の場合には、光R1の偏向量は小さい。
光R2cの経路は、図3における光R2aの経路と同様である。
入射面21によって偏向された光の他の一部は、反射面22に到達する。つまり、光R2dは、反射面22で反射される。反射面22で反射された光R2dは、出射面24に向かって進む。反射面22における光R2dの反射は、例えば、全反射である。図4では、入射面21aに入射した光R1は、反射面22に到達している。
反射面22で反射された光R2dは、光学部2の周辺部分20bから出射される。反射面22で反射された光R2dは、出射面24から出射される。
出射面24から出射された光R2dは、画像形成領域31に向って進む。周辺部分20bから出射された光R2dは、画像形成部3の画像形成領域31に入射する。つまり、光R2dは、画像形成領域31に入射する。光R2dは、画像形成領域31によって画像光に変換される。
光R2dの経路は、図3における光R2bの経路と異なる。図4において、光R2dが画像形成部3の画像形成領域31に到達する点で、光R2dの経路は光R2bの経路と異なる。光R2dは、光学部2の周辺部分20bから出射される。つまり、図4では、光学部2の周辺部分20b1から出射された光R2dは、画像形成部3の画像形成領域31に到達する。同様に、図4では、光学部2の周辺部分20b2から出射された光R2dは、画像形成部3の画像形成領域31に到達する。
光R2d及び光R2cは、画像形成領域31によって画像光に変換される。画像光は、光学部4によって投射される。その結果、画像72が対象領域6に投影される。
投影機能の状態の場合には、光R2dは、例えば、光学部2によって画像形成部3上に集光される。しかし、光R2dが画像形成領域31に入射する場合には、光R2cは必ずしも画像形成部3上に集光される必要はない。光R2d及び光R2cが画像形成領域31に照射されればよい。
《1-7-3》光学部4の光の投射
図7は、投影装置100の光学部4を通過する光の主要な経路を示す。図7は、投影装置100の光学部4、画像形成部3、及び対象領域6との関係を示す図である。図7では、光R4aと光R4bとの両方の光を示している。光R4aは、投影装置100が投影機能の状態の光である。光R4bは、投影装置100が照明機能の状態の光である。
光R32は、周辺領域32から出射される光である。そして、光R32は、光学部4の周辺部分40bに入射する。つまり、投影装置100が照明機能の状態の場合に、光R32は、図7に示す光の経路をたどる。また、光R32は、周辺領域32から出射される主要な光を示す。そのため、画像形成部3から出射された光のすべてが光R32と同様の光の経路をたどるとは限らない。
周辺部分40bは、入射面42、反射面43及び出射面45を含んでいる。光R32は、光学部4の入射面42に入射する。入射面42に入射した光R32は屈折される。また、入射面42から入射した光R32は、反射面43で反射される。そして、反射面43で反射された光R32は、周辺部分40bから出射される。反射面43で反射された光R32は、出射面45から出射される。反射面43で反射された光R32は、光R4bとして出射される。光R4bは、対象領域6上に照明光71の領域に照射される。
光R31は、光学部4の中心部分40aに入射する。光R31は、画像形成領域31から出射される光である。つまり、光R31は画像光である。投影装置100が投影機能の状態の場合に、光R31は、図7に示す光の経路をたどる。また、光R31は、画像形成領域31から出射された主要な光を示す。そのため、画像形成領域31から出射された全ての光が光R31と同様の光の経路をたどるとは限らない。
中心部分40aは、入射面41及び出射面44を含んでいる。光R31は、光学部4の入射面41に入射する。入射面41に入射する光R31は屈折される。そして、入射面41から入射した光R31は、中心部分40aから出射される。入射面41から入射した光R31は、出射面44から出射される。出射面44から出射される光は、光R4aである。光R4aは、対象領域6上に画像72の領域に照射される。
光R4aでは、画像形成領域31と対象領域6とは光学的に共役の位置にある。また、光R4bでは、画像形成領域31と対象領域6とは光学的に共役の位置とならない。「光学的に共役」とは、1つの点から発した光が他の1つの点に結像する関係のことをいう。つまり、図7に示されるように、画像形成領域31から出射された光R31は、対象領域6上で結像する。これによって、画像形成領域31で形成された画像33は、対象領域6上で画像72として投影される。このとき、画像72は、反転及び拡大して対象領域6上に投影される。
つまり、光学部4は、照明機能の状態の場合には、照明光71を照射する。また、光学部4は、投影機能の状態の場合には、画像72を投影する。
《1-8》投影装置100による効果
以上に説明したように、実施の形態1に係る投影装置100によれば、簡易な構成で、照明光71の投射と画像72の投影とを切り替えることができる。
《2》実施の形態2
図9は、本発明の実施の形態2に係る投影装置の照明機能の状態における主要な構成と光学部220を通過する光の主要な経路とを示す図である。図10は、実施の形態2に係る投影装置の投影機能の状態における主要な構成と光学部220を通過する光の主要な経路とを示す図である。図9及び図10において、図3及び図4に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図3及び図4に示される符号と同じ符号を付し、その説明を省略する。実施の形態2に係る投影装置は、光学部220の形状の点において、実施の形態1に係る投影装置100と相違する。
《2-1》光学部220の構成
実施の形態2に係る投影装置において、光学部220は、凸レンズ形状である。光学部220は、例えば、凸レンズである。光学部220は、光軸C2上に光を集光する。図9及び図10には、光学部220として平凸レンズが示されている。ただし、光学部220は、両凸レンズであってもよい。また、光学部220は、複数のレンズを備えることができる。光学部220は、複数枚のレンズの組み合わせによって形成されてもよい。
光学部220は、入射面221を備えている。光学部220は、出射面222を備えている。実施の形態2では、入射面221は平面形状である。また、出射面222は凸面形状である。
光学部220は、中心部分220aと、周辺部分220bとを備えている。
中心部分220aは、光学部220の一部である。光学部220の光軸C2は、中心部分220aを通っている。つまり、光学部220の光軸C2は、中心部分220a内に存在する。中心部分220aは、光軸C2を中心とした光学部220の中心部分である。中心部分220aは、第1の中心部分とも呼ばれる。中心部分220aは、凸レンズを含んでいる。
周辺部分220bは、光学部220の他の一部である。つまり、周辺部分220bは、中心部分220aとは別の光学部220の一部である。周辺部分220bは、光軸C2を中心とした中心部分220aの外周側に形成されている。周辺部分220bは、光学部220の外周面より内側であって、中心部分220aの外側の部分である。周辺部分220bは、第1の周辺部分とも呼ばれる。周辺部分220bは、凸レンズを含んでいる。
《2-2》照明機能の状態
図9は、投影装置の光学部220が初期位置にある状態を示す。図9は、投影装置が照明機能の状態の場合を示している。このとき、光源部1から光学部220までの距離Pは、P1である。また、光学部220の焦点Fの位置は、光源部1より-Z軸方向側にある。光学部220の焦点Fの位置は、光出射面11より-Z軸方向側にある。光学部220から光源部1の光出射面11までの距離P1は、光学部220の焦点距離f1よりも短い。ここで、焦点距離f1は、光学部220の入射面221から焦点Fまでの距離である。
照明機能の状態の場合には、光源部1から出射された光R1は、光学部220の入射面221で屈折される。つまり、光源部1から出射された光R1は、入射面221によって偏向される。入射面221によって偏向された光R1は、光学部220を透過する。光学部220を透過した光R2は出射面222から出射される。出射面222から出射される光R2は、発散光である。
中心部分220aから出射された光R2aは、画像形成部3の画像形成領域31に向けて進む。中心部分220aから出射された光R2aは、画像形成領域31に入射する。出射面222から出射された光R2aは、画像形成領域31に入射する。このとき、画像形成領域31を通過する光R2aは、画像光となる。
周辺部分220bから出射された光R2bは、画像形成部3の周辺領域32に向けて進む。出射面222から出射された光R2bは、周辺領域32に入射する。周辺領域32に入射した光R2bは、周辺領域32を通過して照明光71となる。
《2-3》投影機能の状態
図10は、投影装置の光学部220が初期位置と異なる位置にある状態を示す。図10は、投影装置が投影機能の状態の場合を示している。このとき、光源部1から光学部220までの距離Pは、P2である。距離P2は距離P1よりも長い(P2>P1)。また、光学部220の焦点Fの位置は、光源部1と光学部220との間にある。光学部220の焦点Fの位置は、光源部1の光出射面11と光学部220との間にある。光学部220から光源部1の光出射面11までの距離P2は、光学部220の焦点距離f1よりも長い。投影機能の状態では、光学部220は照明機能の状態よりも+Z軸方向に移動している。
投影機能の状態の場合には、光源部1から出射された光R1は、光学部220の入射面221で屈折される。つまり、光源部1から出射された光R1は、入射面221によって偏向される。入射面221によって偏向された光R1は、光学部220を透過する。光学部220を透過した光R2は出射面222から出射される。出射面222から出射される光R2は、収束光である。
中心部分220aから出射された光R2cは、画像形成部3の画像形成領域31に向けて進む。中心部分220aから出射された光R2cは、画像形成領域31に入射する。出射面222から出射された光R2cは、画像形成領域31に入射する。このとき、画像形成領域31を通過する光R2cは、画像光となる。
周辺部分220bから出射された光R2dは、画像形成部3の画像形成領域31に向けて進む。周辺部分220bから出射された光R2dは、画像形成領域31に入射する。出射面222から出射された光R2dは、画像形成領域31に入射する。このとき、画像形成領域31を通過する光R2dは、画像光となる。
以上に説明したように、実施の形態2に係る投影装置によれば、簡易な構成で、照明光の投射と画像の投影とを切り替えることができる。
なお、上記以外の点について、実施の形態2に係る投影装置は、実施の形態1に係る投影装置100と同じである。
《3》実施の形態3
図11は、本発明の実施の形態3に係る投影装置の照明機能の状態における主要な構成と光学部230を通過する光の主要な経路とを示す図である。図12は、実施の形態3に係る投影装置の投影機能の状態における主要な構成と光学部230を通過する光の主要な経路とを示す図である。図11及び図12において、図9及び図10に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図9及び図10に示される符号と同じ符号を付し、その説明を省略する。実施の形態3に係る投影装置は、光学部230の形状の点において、実施の形態2に係る投影装置と相違する。
《3-1》光学部230の構成
実施の形態3に係る投影装置において、光学部230は、フレネルレンズ形状である。光学部230は、フレネルレンズ形状を含んでいる。光学部230は、光学部220と同様の性能を有する。
フレネルレンズは、光学レンズが持つ曲面を一連の溝に置き換えたものである。これらの溝が屈折面として個々に働き、例えば、平行光線の光路を曲げて焦点位置に光を集める。以下において、この溝によって形成される山の形状をプリズムと呼ぶ。また、プリズムを形成する面をプリズム面とも呼ぶ。
以下の実施の形態で示すプリズムは、レンズ形状のプリズム面を、そのレンズ形状のプリズム面に接する平面に平行な面で置き換えた形状を含む。つまり、フレネルレンズのプリズムは、光軸側のプリズム面と周辺側のプリズム面との両方が平面で形成されたプリズムを含む。フレネルレンズのプリズムは、2つの面が平面形状のプリズムを含む。
光学部230は、例えば、レンズの周辺に2つの面が平面形状のプリズムを配置することができる。また、光学部220は、複数のフレネルレンズを備えることができる。光学部220は、複数枚のレンズの周辺にプリズムを配置した光学部品の組み合わせによって形成されてもよい。
光学部230は、入射面231を備えている。光学部230は、出射面232,233を備えている。出射面233は、中心部分230aの出射面である。出射面233は、レンズ面の形状である。出射面232は、周辺部分230bの出射面である。出射面232は、フレネル形状である。または、出射面232は、プリズム形状である。実施の形態3では、入射面231は平面形状である。また、出射面232,233は凸面形状である。
光学部230は、中心部分230aと、周辺部分230bとを備えている。
中心部分230aは、光学部230の一部である。光学部230の光軸C2は、中心部分230aを通っている。つまり、光学部230の光軸C2は、中心部分230a内に存在する。中心部分230aは、光軸C2を中心とした光学部230の中心部分である。中心部分230aは、第1の中心部分とも呼ばれる。
中心部分230aは、例えば、凸レンズである。中心部分230aは、光を集光する。中心部分230aは、出射面233を備えている。出射面233は、例えば、凸面状である。出射面233の凸面状の構造は、出射面233の代わりに、入射面231側に備えられてもよい。凸面状の構造は、出射面233に加えて、入射面231側に備えられてもよい。
周辺部分230bは、光学部230の他の一部である。つまり、周辺部分230bは、中心部分230aとは別の光学部230の一部である。周辺部分230bは、光軸C2を中心とした中心部分230aの外周側に形成されている。周辺部分230bは、光学部230の外周面より内側であって、中心部分230aの外側の部分である。周辺部分230bは、第1の周辺部分とも呼ばれる。
周辺部分230bは、例えば、フレネルレンズである。周辺部分230bは、例えば、プリズムである。周辺部分230bは、光を集光する。周辺部分230bは、出射面232を備えている。
出射面232は、複数のプリズム形状を含んでいる。プリズム形状は、Z軸方向から見た場合、例えば、円環状である。複数のプリズム形状は、Z軸方向から見た場合、同心円状に配置されている。なお、光学部230は、入射面231にプリズム形状を備えてもよい。光学部230は、入射面231にフレネル形状を備えてもよい。或いは、光学部230は、プリズム形状を備えた複数のレンズの組み合わせであってもよい。光学部230は、フレネル形状を備えた複数のレンズの組み合わせであってもよい。
《3-2》照明機能の状態
図11は、投影装置の光学部230が初期位置にある状態を示す。図11は、投影装置が照明機能の状態の場合を示している。このとき、光源部1から光学部230までの距離Pは、P1である。また、光学部230の焦点Fの位置は、光源部1より-Z軸方向側にある。光学部230の焦点Fの位置は、光出射面11より-Z軸方向側にある。光学部230から光源部1の光出射面11までの距離P1は、光学部230の焦点距離f1よりも短い。ここで、焦点距離f1は、光学部230の入射面231から焦点Fまでの距離である。
照明機能の状態の場合には、光源部1から出射された光R1は、光学部230の入射面231で屈折される。つまり、光源部1から出射された光R1は、入射面231によって偏向される。入射面231によって偏向された光R1は、光学部230を透過する。光学部230を透過した光R2は出射面232,233から出射される。出射面232,233から出射される光R2は、発散光である。
中心部分230aから出射された光R2aは、画像形成部3の画像形成領域31に向けて進む。中心部分230aから出射された光R2aは、画像形成領域31に入射する。出射面233から出射された光R2aは、画像形成領域31に入射する。このとき、画像形成領域31を通過する光R2aは、画像光となる。
周辺部分230bから出射された光R2bは、画像形成部3の周辺領域32に向けて進む。出射面232から出射された光R2bは、周辺領域32に入射する。周辺領域32に入射した光R2bは、周辺領域32を通過して照明光71となる。
《3-3》投影機能の状態
図12は、投影装置の光学部230が初期位置と異なる位置にある状態を示す。図12は、投影装置が投影機能の状態の場合を示している。このとき、光源部1から光学部230までの距離Pは、P2である。距離P2は距離P1よりも長い(P2>P1)。また、光学部230の焦点Fの位置は、光源部1と光学部230との間にある。光学部230の焦点Fの位置は、光源部1の光出射面11と光学部230との間にある。光学部230から光源部1の光出射面11までの距離P2は、光学部230の焦点距離f1よりも長い。投影機能の状態では、光学部230は照明機能の状態よりも+Z軸方向に移動している。
投影機能の状態の場合には、光源部1から出射された光R1は、光学部230の入射面231で屈折される。つまり、光源部1から出射された光R1は、入射面231によって偏向される。入射面231によって偏向された光R1は、光学部230を透過する。光学部230を透過した光R2は出射面232,233から出射される。出射面232,233から出射される光R2は、収束光である。
中心部分230aから出射された光R2cは、画像形成部3の画像形成領域31に向けて進む。中心部分230aから出射された光R2cは、画像形成領域31に入射する。出射面233から出射された光R2cは、画像形成領域31に入射する。このとき、画像形成領域31を通過する光R2cは、画像光となる。
周辺部分230bから出射された光R2dは、画像形成部3の画像形成領域31に向けて進む。周辺部分230bから出射された光R2dは、画像形成領域31に入射する。出射面232から出射された光R2dは、画像形成領域31に入射する。このとき、画像形成領域31を通過する光R2dは、画像光となる。
以上に説明したように、実施の形態3に係る投影装置によれば、簡易な構成で、照明光の投射と画像の投影とを切り替えることができる。
なお、上記以外の点について、実施の形態3に係る投影装置は、実施の形態1に係る投影装置100または実施の形態2に係る投影装置と同じである。
《4》実施の形態4
図13は、本発明の実施の形態4に係る投影装置の照明機能の状態における主要な構成と光学部240を通過する光の主要な経路とを示す図である。図14は、実施の形態4に係る投影装置の投影機能の状態における主要な構成と光学部240を通過する光の主要な経路とを示す図である。図13及び図14において、図9及び図10に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図9及び図10に示される符号と同じ符号を付し、その説明を省略する。実施の形態4に係る投影装置は、光学部240の形状の点において、実施の形態2に係る投影装置と相違する。つまり、実施の形態4に係る投影装置は、光学部240が遮光部243を備えている点において、実施の形態2に係る投影装置と相違する。
《4-1》光学部240の構成
実施の形態4に係る投影装置において、光学部240は、光学部220と同様の凸レンズ形状である。そのため、凸レンズ形状に関しては、光学部220の説明で光学部240の説明を代用する。構成要素240a,240b,241,242は、各々構成要素220a,220b,221,222に相当する。
光学部240は、出射面242側に遮光部243を備えている。中心部分240aは、出射面242側に遮光部243を備えている。遮光部243は、光を吸収する部材である。或いは、遮光部243は、光を反射する部材である。
遮光部243は、照明機能の状態の場合に、画像形成領域31に入射する不要光を減らす機能を持つ。つまり、遮光部243は、照明機能の状態の場合において、不要光の光量を低減する。
《4-2》照明機能の状態
図13は、投影装置の光学部240が初期位置にある状態を示す。図13は、投影装置が照明機能の状態の場合を示している。このとき、光源部1から光学部240までの距離Pは、P1である。また、光学部240の焦点Fの位置は、光源部1より-Z軸方向側にある。光学部240の焦点Fの位置は、光出射面11より-Z軸方向側にある。光学部240から光源部1の光出射面11までの距離P1は、光学部240の焦点距離f1よりも短い。ここで、焦点距離f1は、光学部240の入射面241から焦点Fまでの距離である。
照明機能の状態の場合には、光源部1から出射された光R1は、光学部240の入射面241で屈折される。つまり、光源部1から出射された光R1は、入射面241によって偏向される。入射面241によって偏向された光R1は、光学部240を透過する。光学部240を透過した光R2は出射面242から出射される。出射面242から出射される光R2は、発散光である。
中心部分240aに入射した光R1は、中心部分240aを透過して、遮光部243に到達する。中心部分240aに入射した光R1は、遮光部243に到達する。遮光部243に到達した光R1は、遮光部243で遮光される。遮光部243に到達した光R1は、遮光部243で吸収される。遮光部243に到達した光R1は、遮光部243で反射される。つまり、中心部分240aに入射した光R1aは、中心部分240aから画像形成部3に向けて出射されない。このため、照明機能の状態の場合には、画像形成領域31に入射する不要光を減らすことができる。
周辺部分240bから出射された光R2bは、画像形成部3の周辺領域32に向けて進む。出射面242から出射された光R2bは、周辺領域32に入射する。周辺領域32に入射した光R2bは、周辺領域32を通過して照明光71となる。
《4-3》投影機能の状態
図14は、投影装置の光学部240が初期位置と異なる位置にある状態を示す。図14は、投影装置が投影機能の状態の場合を示している。このとき、光源部1から光学部240までの距離Pは、P2である。距離P2は距離P1よりも長い(P2>P1)。また、光学部240の焦点Fの位置は、光源部1と光学部240との間にある。光学部240の焦点Fの位置は、光源部1の光出射面11と光学部240との間にある。光学部240から光源部1の光出射面11までの距離P2は、光学部240の焦点距離f1よりも長い。投影機能の状態では、光学部240は照明機能の状態よりも+Z軸方向に移動している。
投影機能の状態の場合には、光源部1から出射された光R1は、光学部240の入射面241で屈折される。つまり、光源部1から出射された光R1は、入射面241によって偏向される。入射面241によって偏向された光R1は、光学部240を透過する。光学部240を透過した光R2は出射面242から出射される。出射面242から出射される光R2は、収束光である。
中心部分240aに入射した光R1は、中心部分240aを透過して、遮光部243に到達する。中心部分240aに入射した光R1は、遮光部243に到達する。遮光部243に到達した光R1は、遮光部243で遮光される。遮光部243に到達した光R1は、遮光部243で吸収される。遮光部243に到達した光R1は、遮光部243で反射される。つまり、中心部分240aに入射した光は、中心部分240aから画像形成部3に向けて出射されない。
周辺部分240bから出射された光R2dは、画像形成部3の画像形成領域31に向けて進む。周辺部分240bから出射された光R2dは、画像形成領域31に入射する。出射面242から出射された光R2dは、画像形成領域31に入射する。このとき、画像形成領域31を通過する光R2dは、画像光となる。
以上に説明したように、実施の形態4に係る投影装置によれば、簡易な構成で、照明光の投射と画像の投影とを切り替えることができる。
また、実施の形態4に係る投影装置は、図13に示されるように、照明機能の状態の場合に、画像形成領域31に入射する光を減らすことができる。このため、照明機能の状態の場合に、照明光71に画像72が重畳されることを防ぐことができる。照明機能の状態の場合には、投影装置は画像72を表示することを意図されていない。
なお、上記以外の点について、実施の形態4に係る投影装置は、実施の形態1、2又は3に係る投影装置と同じである。実施の形態3の光学部230に遮光部243を採用することができる。
《5》実施の形態5
図15は、本発明の実施の形態5に係る投影装置の照明機能の状態における主要な構成と光学部250を通過する光の主要な経路とを示す図である。図16は、実施の形態5に係る投影装置の投影機能の状態における主要な構成と光学部250を通過する光の主要な経路とを示す図である。図15及び図16において、図9及び図10に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図9及び図10に示される符号と同じ符号を付し、その説明を省略する。実施の形態5に係る投影装置は、光学部250の形状の点において、実施の形態2に係る投影装置と相違する。つまり、実施の形態5に係る投影装置は、光学部250が光発散部253を備えている点において、実施の形態2に係る投影装置と相違する。
《5-1》光学部250の構成
実施の形態5に係る投影装置において、光学部250は、光学部220と同様の凸レンズ形状である。そのため、凸レンズ形状に関しては、光学部220の説明で光学部250の説明を代用する。構成要素250a,250b,251,252は、各々構成要素220a,220b,221,222に相当する。
光学部250は、光発散部253を備えている。中心部分250aは、光発散部253を備えている。光発散部253は、光の発散角を増加させる。光発散部253は、出射面252側に備えられている。光発散部253は、入射面251側に備えられてもよい。光発散部253は、凹面状をしている。光発散部253は、凹レンズの形状をしている。周辺部分230bは、光を集光する凸レンズの形状をしている。つまり、周辺部分230bは、光の発散角を減少させる。
光発散部253は、照明機能の状態の場合に、画像形成領域31に入射する不要光を減らす機能を持つ。つまり、遮光部243は、照明機能の状態の場合において、不要光の光量を低減する。
《5-2》照明機能の状態
図15は、投影装置の光学部250が初期位置にある状態を示す。図15は、投影装置が照明機能の状態の場合を示している。このとき、光源部1から光学部250までの距離Pは、P1である。また、光学部250の焦点Fの位置は、光源部1より-Z軸方向側にある。光学部250の焦点Fの位置は、光出射面11より-Z軸方向側にある。光学部250から光源部1の光出射面11までの距離P1は、光学部250の焦点距離f1よりも短い。ここで、焦点距離f1は、光学部250の入射面251から焦点Fまでの距離である。
照明機能の状態の場合には、光源部1から出射された光R1は、光学部250の入射面251で屈折される。つまり、光源部1から出射された光R1は、入射面251によって偏向される。入射面251によって偏向された光R1は、光学部250を透過する。光学部250を透過した光R2は出射面252および光発散部253から出射される。
中心部分250aに入射した光R1は、中心部分250aを透過して、光発散部253に到達する。中心部分250aに入射した光R1は、光発散部253に到達する。光発散部253に到達した光R1は、光発散部253で発散される。光R2aは、光発散部253から出射される。つまり、中心部分250aに入射した光R1aは、光発散部253から出射される。光発散部253から出射される光R2は、発散光である。
中心部分250aから出射された光R2aは、画像形成部3の画像形成領域31および周辺領域32に向けて進む。つまり、光発散部253から出射された光R2aは、画像形成領域31および周辺領域32に入射する。このとき、光R2aは、画像形成領域31を透過して画像光となる。光R2aは、周辺領域32を通過して照明光71となる。このため、照明光71の光利用効率は向上する。また、画像形成領域31に入射する光R2aの光量は、光学部220よりも減少する。そのため、対象領域6に投影される画像72の視認性は、光学部220よりも低下する。
周辺部分250bから出射された光R2bは、画像形成部3の周辺領域32に向けて進む。出射面252から出射された光R2bは、周辺領域32に入射する。周辺領域32に入射した光R2bは、周辺領域32を通過して照明光71となる。
《5-3》投影機能の状態
図16は、投影装置の光学部250が初期位置と異なる位置にある状態を示す。図16は、投影装置が投影機能の状態の場合を示している。このとき、光源部1から光学部250までの距離Pは、P2である。距離P2は距離P1よりも長い(P2>P1)。また、光学部250の焦点Fの位置は、光源部1と光学部250との間にある。光学部250の焦点Fの位置は、光源部1の光出射面11と光学部250との間にある。光学部250から光源部1の光出射面11までの距離P2は、光学部250の焦点距離f1よりも長い。投影機能の状態では、光学部250は照明機能の状態よりも+Z軸方向に移動している。
投影機能の状態の場合には、光源部1から出射された光R1は、光学部250の入射面251で屈折される。つまり、光源部1から出射された光R1は、入射面251によって偏向される。入射面251によって偏向された光R1は、光学部250を透過する。光学部250を透過した光R2は出射面252から出射される。出射面252から出射される光R2は、収束光である。
中心部分250aに入射した光R1は、中心部分250aを透過して、光発散部253に到達する。中心部分250aに入射した光R1aは、光発散部253に到達する。光発散部253に到達した光R1は、光発散部253で発散される。光R2cは、光発散部253から出射される。光発散部253から出射される光R2は、発散光である。
中心部分250aから出射された光R2cは、画像形成部3の画像形成領域31および周辺領域32に向けて進む。つまり、光発散部253から出射された光R2cは、画像形成領域31および周辺領域32に入射する。このとき、光R2cは、画像形成領域31を透過して画像光となる。光R2cは、周辺領域32を透過して照明光71となる。
周辺部分250bから出射された光R2dは、画像形成部3の画像形成領域31に向けて進む。周辺部分250bから出射された光R2dは、画像形成領域31に入射する。出射面252から出射された光R2dは、画像形成領域31に入射する。このとき、画像形成領域31を通過する光R2dは、画像光となる。
光発散部253の形状を凹面形状で示している。しかし、光発散部253は、光を発散する構成を備えれば他の形状であってもよい。光発散部253は、例えば、光拡散面であってもよい。光発散部253の光拡散面は、例えば、出射面252側に微小な凹凸形状を備えた面である。また、光発散部253は、例えば、光拡散層であってもよい。光拡散層は、例えば、光学部250の中心部分250aの出射面252側に光拡散粒子を含有している。中心部分250aは、光拡散粒子を含んでいる。中心部分250aは、多数の光拡散粒子を含んでいる。光拡散粒子は、点在している。光拡散粒子は、微小な粒子である。光発散部253は光拡散面または光拡散層を含んでいる。
以上に説明したように、実施の形態5に係る投影装置によれば、簡易な構成で、照明光の投射と画像の投影とを切り替えることができる。
また、実施の形態5に係る投影装置は、図15に示されるように、照明機能の状態の場合に、光R2aを照明光として利用できる。このため、光利用効率を高めることができる。また、画像形成領域31に入射する光R2aの光量は、光学部220よりも減少する。そのため、対象領域6に投影される画像72の視認性は、光学部220よりも低下する。
なお、上記以外の点について、実施の形態5に係る投影装置は、実施の形態1、2、3又は4に係る投影装置と同じである。実施の形態3の光学部230に光発散部253を採用することができる。
《6》実施の形態1~5の変形例1
図17は、実施の形態1から5の変形例1に係る投影装置の光学部420の概略的な断面構造と光学部420を通過する光の主要な経路を示す図である。図17は、光学部420をYZ平面に平行な面で切る断面構造を示している。変形例1に係る投影装置は、実施の形態1から5における光学部4の代わりに、図17に示される光学部420を備えている。
光学部420は、中心部分420aと、周辺部分420bとを備えている。
中心部分420aは、入射面421と、出射面422とを備えている。光学部420の光軸C4は、中心部分420aを通っている。つまり、光学部420の光軸C4は、中心部分420a内に存在する。中心部分420aは、第2の中心部分とも呼ばれる。光軸C4が光軸C2と同一の軸上に位置するように、光学部2および光学部420を配置してもよい。光軸C4が光軸C2に対して傾斜するように、光学部2および光学部420を配置してもよい。光軸C4が光軸C2に対して偏心するように、光学部2および光学部420を配置してもよい。
中心部分420aは、光学部4の中心部分40aと同様である。入射面421は、入射面41に相当する。出射面422は、出射面44に相当する。中心部分420aの説明は、中心部分40aの説明で代用する。中心部分420aの光軸は、光軸C4である。
画像形成領域31を透過した画像光R31は中心部分420aに入射する。中心部分420aに入射した画像光R31は、対象領域6に照射される。画像形成領域31から出射された画像光R31は、画像光R4cとして対象領域6に照射される。画像光R4cは、対象領域6に投射される。これによって、対象領域6に画像72が投影される。
周辺部分420bは、光学部420の他の一部である。つまり、周辺部分420bは、中心部分420aとは別の光学部420の一部である。周辺部分420bは、保持部423と、リフレクタ424とを備えている。周辺部分420bは、光軸C4を中心とした中心部分420aの外周側に形成されている。つまり、周辺部分420bは、光軸C4を中心とした中心部分420aの半径方向の外側に配置されている。周辺部分420bは、第2の周辺部分とも呼ばれる。周辺部分420bの光軸は、光軸C4である。
中心部分420aと周辺部分420bとは、同じ材質で一体に形成されてもよい。また、中心部分420aと周辺部分420bとは、互いに異なる部材で形成されてもよい。
保持部423は、中心部分420aを保持している。保持部423は、リフレクタ424によって保持されている。保持部423は、透明な部材であることが望ましい。
リフレクタ424は、光反射面を備えている。光反射面は、リフレクタ424の内側に形成されている。リフレクタ424は光を反射する。リフレクタ424は、例えば、凹面鏡である。リフレクタ424は、筒形の形状である。リフレクタ424の内面(光反射面)側は、例えば、円錐台の側壁の形状をしている。光学部420の内部は中空である。「中空」とは、物の内部がからになっていることである。リフレクタ424は、複数の光反射部材を組み合わせた構造物であってもよい。リフレクタ424の光反射面は、非球面形状であってもよい。リフレクタ424の光軸は、光軸C4である。
画像形成部3の周辺領域32に照射された光は、周辺領域32を通過して周辺部分420bに入射する。周辺部分420bに入射した光は、保持部423を透過して対象領域6に照射される。保持部423は、周辺領域32から出射された光R32を透過する。保持部423は、リフレクタ424で反射された光R32を透過する。周辺部分420bに入射した光は、リフレクタ424で反射されて対象領域6に照射される。周辺領域32から出射された光R32は、光R4dである。光R4dは、対象領域6上の照明光71の領域に照射される。
以上に説明したように、変形例1に係る投影装置によれば、簡易な構成によって、照明光71の投射と画像72の投影とを行うことができる。
《7》実施の形態1~5の変形例2
図18は、実施の形態1から5の変形例2に係る投影装置の光学部430の概略的な断面構造と光学部430を通過する光の主要な経路を示す図である。図18は、光学部430をYZ平面に平行な面で切る断面構造を示している。変形例2に係る投影装置は、実施の形態1から5における光学部4の代わりに、図18に示される光学部430を備えている。
光学部430は、中心部分430aと、周辺部分430bとを備えている。
中心部分430aは、入射面431と、出射面433とを備えている。光学部430の光軸C4は、中心部分430aを通っている。つまり、光学部430の光軸C4は、中心部分430a内に存在する。中心部分430aは、第2の中心部分とも呼ばれる。光軸C4が光軸C2と同一の軸上に位置するように、光学部2および光学部430を配置してもよい。光軸C4が光軸C2に対して傾斜するように、光学部2および光学部430を配置してもよい。光軸C4が光軸C2に対して偏心するように、光学部2および光学部430を配置してもよい。
中心部分430aは、光学部4の中心部分40aと同様である。入射面431は、入射面41に相当する。出射面433は、出射面44に相当する。中心部分430aの説明は、中心部分40aの説明で代用する。中心部分430aの光軸は、光軸C4である。
画像形成領域31を透過した画像光R31は中心部分430aに入射する。中心部分430aに入射した画像光R31は、対象領域6に照射される。画像形成領域31から出射された画像光R31は、画像光R4eとして対象領域6に照射される。画像光R4eは、対象領域6に投射される。これによって、対象領域6に画像72が投影される。
周辺部分430bは、光学部430の他の一部である。つまり、周辺部分430bは、中心部分430aとは別の光学部430の一部である。周辺部分430bは、入射面432と、出射面434とを備えている。周辺部分430bは、光軸C4を中心とした中心部分430aの外周側に形成されている。つまり、周辺部分430bは、光軸C4を中心とした中心部分430aの半径方向の外側に配置されている。周辺部分430bは、第2の周辺部分とも呼ばれる。
周辺部分430bは、レンズを含んでいる。周辺部分430bは、レンズで形成されている。周辺部分430bは、凸レンズを含んでいる。周辺部分430bは、凸レンズで形成されている。周辺部分430bは、例えば、平凸レンズで形成されている。周辺部分430bは、例えば、両凸レンズで形成されてもよい。周辺部分430bの光軸は、光軸C4である。また、周辺部分430bは、凹レンズを含むことができる。周辺部分430bは、凹レンズで形成されることができる。周辺部分430bの凹レンズに入射した光R32は、発散された光R4fとして出射される。
画像形成部3の周辺領域32に照射された光は、周辺領域32を通過して周辺部分430bに入射する。周辺部分430bに入射した光は、屈折して光R4fとなる。光R4fは、対象領域6に向けられる。光R4fは、照明光71として対象領域6に投射される。
中心部分430aと周辺部分430bとは、同じ材質で一体に形成されている。ただし、中心部分430aと周辺部分430bとは、互いに異なる部材で形成されてもよい。光学部430は、複数のレンズの組み合わせによって形成されてもよい。
以上に説明したように、変形例2に係る投影装置によれば、簡易な構成によって、照明光71の投射と画像72の投影とを行うことができる。
《8》実施の形態1~5の変形例3
図19は、実施の形態1から5の変形例3に係る投影装置の光学部440の概略的な断面構造と光学部440を通過する光の主要な経路を示す図である。図19は、光学部440をYZ平面に平行な面で切る断面構造を示している。変形例3に係る投影装置は、実施の形態1から5における光学部4の代わりに、図19に示される光学部440を備えている。
光学部440は、中心部分440aと、周辺部分440bとを備えている。
中心部分440aは、入射面441と、出射面443とを備えている。光学部440の光軸C4は、中心部分440aを通っている。つまり、光学部440の光軸C4は、中心部分440a内に存在する。中心部分440aは、第2の中心部分とも呼ばれる。光軸C4が光軸C2と同一の軸上に位置するように、光学部2および光学部440を配置してもよい。光軸C4が光軸C2に対して傾斜するように、光学部2および光学部440を配置してもよい。光軸C4が光軸C2に対して偏心するように、光学部2および光学部440を配置してもよい。
中心部分440aは、光学部4の中心部分40aと同様である。入射面441は、入射面41に相当する。出射面443は、出射面44に相当する。中心部分440aの説明は、中心部分40aの説明で代用する。中心部分440aの光軸は、光軸C4である。
画像形成領域31を透過した画像光R31は中心部分440aに入射する。中心部分440aに入射した画像光R31は、対象領域6に照射される。画像形成領域31から出射された画像光R31は、画像光R4gとして対象領域6に照射される。画像光R4gは、対象領域6に投射される。これによって、対象領域6に画像72が投影される。
周辺部分440bは、光学部440の他の一部である。つまり、周辺部分440bは、中心部分440aとは別の光学部440の一部である。周辺部分440bは、入射面442と、出射面444とを備えている。周辺部分440bは、光軸C4を中心とした中心部分440aの外周側に形成されている。つまり、周辺部分440bは、光軸C4を中心とした中心部分440aの半径方向の外側に配置されている。周辺部分440bは、第2の周辺部分とも呼ばれる。
周辺部分440bは、例えば、フレネルレンズを含んでいる。周辺部分440bは、例えば、フレネルレンズである。周辺部分440bは、フレネルレンズで形成されている。周辺部分440bは、フレネルレンズ形状である。また、周辺部分440bは、一部の領域にフレネルレンズ形状を含むことができる。ここで一部の領域は、例えば、周辺部分440bの周辺の領域である。
周辺部分440bは、フレネル形状の凸レンズで形成されている。周辺部分440bは、例えば、フレネル形状の平凸レンズで形成されている。周辺部分440bは、例えば、フレネル形状の両凸レンズで形成されてもよい。また、光学部430と同様に、周辺部分440bは、凹レンズを含むことができる。
出射面444は、フレネル形状を含んでいる。フレネル形状は、Z軸方向から見た場合、例えば、円環状である。フレネル形状は、Z軸方向から見た場合、同心円状に配置されている。なお、周辺部分440bは、入射面442にフレネル形状を備えてもよい。或いは、周辺部分440bは、フレネル形状を備えた複数のレンズの組み合わせであってもよい。
また、周辺部分440bは、例えば、2つの面が平面で形成されたプリズムを含んでもよい。周辺部分440bは、例えば、プリズムである。周辺部分440bは、プリズムで形成されている。周辺部分440bは、プリズム形状である。周辺部分440bは、複数のプリズムを備えている。周辺部分440bは、フレネル形状のレンズのレンズ面が平面で形成されている。また、周辺部分440bは、一部の領域にプリズム形状を含むことができる。ここで一部の領域は、例えば、周辺部分440bの周辺の領域である。
出射面444は、複数のプリズム形状を含んでいる。プリズム形状は、Z軸方向から見た場合、例えば、円環状である。複数のプリズム形状は、Z軸方向から見た場合、同心円状に配置されている。なお、周辺部分440bは、入射面442にプリズム形状を備えてもよい。或いは、周辺部分440bは、プリズム形状を備えた複数のレンズの組み合わせであってもよい。
例えば、周辺部分440bは、周辺部分430bと同様の性能を有する。周辺部分440bは、光を集光する。
画像形成部3の周辺領域32に照射された光は、周辺領域32を通過して周辺部分440bに入射する。周辺部分440bに入射した光は、屈折して光R4hとなる。光R4hは対象領域6に向けられる。光R4hは、照明光71として対象領域6に投射される。
中心部分440aと周辺部分440bとは、同じ材質で一体に形成されている。ただし、中心部分440aと周辺部分440bとは、互いに異なる部材で形成されてもよい。光学部440は、複数のレンズの組み合わせによって形成されてもよい。
以上に説明したように、変形例3に係る投影装置によれば、簡易な構成によって、照明光71の投射と画像72の投影とを行うことができる。
《9》他の変形例
上記実施の形態1~5及びそれらの変形例1~3に係る投影装置は、例にすぎず、本発明の範囲内で、種々の変更が可能である。本発明はこれらの実施の形態に限るものではない。
本出願において、「平行」、「垂直」、又は「中心」などのような部品の位置、部品間の位置関係、又は部品の形状を示す用語が示す範囲は、製造上の公差及び組立て上のばらつきなどを考慮に入れた範囲である。このため、本出願においては、「略」を記載せずに「平行」、「垂直」、又は「中心」などのような部品の位置、部品間の位置関係、又は部品の形状を示す用語を用いた場合、これらの用語が示す範囲は、製造上の公差及び組立て上のばらつきなどを考慮に入れた範囲を意味する。
以上の各実施の形態を基にして、以下に発明の内容を付記(1)から付記(3)として記載する。付記(1)から付記(3)とは、各々独立して符号を付している。そのため、例えば、付記(1)から付記(3)のそれぞれに、「付記1」が存在する。
また、付記(1)の特徴と付記(2)の特徴と付記(3)の特徴とを組み合わせることができる。
《付記(1)》
《付記1》
光を発する光源部と、
前記光源部が発した前記光を入射して集光する第1の光学部と、
前記第1の光学部で集光された光を画像光に変換する画像形成領域を含む画像形成部と、
前記画像光を投影する第2の光学部と
を備え、
前記第1の光学部は、前記第1の光学部の第1の光軸を含む第1の中心部と前記第1の光軸を中心として前記第1の中心部の周辺に位置する第1の周辺部とを含み、
前記集光された光は、前記第1の周辺部から出射される光であり、
前記第1の光学部から出射される光の集光位置を変更することで、前記集光された光は前記画像形成領域または前記画像形成領域の周辺の周辺領域に照射される投影装置。
《付記2》
前記光源部から前記第1の光学部までの距離を変更することで前記集光位置を変更する付記1に記載の投影装置。
《付記3》
前記周辺領域に照射される光は、前記第1の光学部と前記画像形成部との間に集光される付記1または2に記載の投影装置。
《付記4》
前記第1の光学部は、前記第1の中心部に入射した光を周辺方向に屈折によって偏向する入射面を備え、前記第1の周辺部に入射した光を反射によって集光する反射面を備える付記1または2に記載の投影装置。
《付記5》
前記入射面で偏向された光は、前記反射面に到達する付記4に記載の投影装置。
《付記6》
前記第1の光学部は、前記第1の周辺部に入射した光を屈折によって集光するレンズ面を備える付記1または2に記載の投影装置。
《付記7》
前記第1の光学部は、前記第1の周辺部に入射した光を屈折によって集光するプリズム面を備える付記1または2に記載の投影装置。
《付記8》
前記第1の光学部は、前記第1の中心部に入射した光を遮光する遮光部を備える付記6または7に記載の投影装置。
《付記9》
前記第1の光学部は、前記第1の中心部に入射した光を発散させる光発散部を備える付記6または7に記載の投影装置。
《付記10》
前記光発散部は、凹面レンズである付記9に記載の投影装置。
《付記11》
前記光発散部は、入射した光を拡散させる拡散部である付記9に記載の投影装置。
《付記12》
前記第2の光学部は、前記第2の光学部の第2の光軸が通る第2の中心部と前記第2の光軸を中心として前記第2の中心部の周辺に位置する第2の周辺部とを含み、
前記第2の中心部は、前記画像光を投影する付記1から11のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記13》
前記第2の中心部は凸レンズである付記12に記載の投影装置。
《付記14》
前記周辺領域に照射された光は、前記第2の周辺部に入射して、投射される付記12または13に記載の投影装置。
《付記15》
前記第2の周辺部は、入射した光を反射するリフレクタである付記12から14のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記16》
前記第2の周辺部は、入射した光を屈折するレンズである付記12から14のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記17》
前記第2の周辺部は、入射した光を屈折するプリズムである付記12から14のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記18》
前記画像形成領域は、液晶素子である付記1から17のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記19》
前記画像形成領域では、透過領域と遮光領域とによって画像情報が形成される付記1から17のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記20》
前記周辺領域は光を透過する付記1から19のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記(2)》
《付記1》
第1の光を出射する光源部と、
前記第1の光を、収束又は発散する光成分を含む第2の光に変換する第1の光学部と、
画像が形成される画像形成領域を含み、前記第2の光が前記画像形成領域及び前記画像形成領域の外側の周辺領域に入射する画像形成部と、
前記画像形成領域を通過した前記第2の光である画像光及び前記周辺領域を通過した前記第2の光である照明光を対象領域に投射する第2の光学部と、
前記第1の光学部から出射される前記第2の光の進行方向を変更する変更部と、
を備え、
前記第2の光の前記進行方向の変更によって、前記画像形成領域に入射する前記第2の光の量と前記周辺領域に入射する前記第2の光の量とが変更される投影装置。
《付記2》
前記変更部は、前記光源部から前記第1の光学部までの距離を変更する付記1に記載の投影装置。
《付記3》
前記距離が第1の距離であるときに前記画像形成領域に入射する前記第2の光の量は、前記距離が前記第1の距離より長い第2の距離であるときに前記画像形成領域に入射する前記第2の光の量より少ない付記2に記載の投影装置。
《付記4》
前記距離が第1の距離であるときに前記周辺領域に入射する前記第2の光の量は、前記距離が前記第1の距離より長い第2の距離であるときに前記周辺領域に入射する前記第2の光の量より多い付記2又は3に記載の投影装置。
《付記5》
前記変更部は、前記光源部及び前記第1の光学部の少なくとも一方を移動できるように支持する支持部を含む付記1から4のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記6》
前記変更部は、前記光源部及び前記第1の光学部の少なくとも一方を移動させる駆動部を含む付記5に記載の投影装置。
《付記7》
前記周辺領域を通過する前記第2の光は、前記第1の光学部と前記画像形成部との間で集光した後、前記周辺領域に入射する光を含む付記1から6のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記8》
前記第1の光学部は、前記第1の光学部の光軸が存在する第1の中心部分と、前記第1の中心部分の外側の第1の周辺部分とを備え、
前記第1の中心部分は、入射した光を周辺に向かうように偏向する入射面を含み、
前記第1の周辺部分は、前記入射した光を反射することによって集光する光反射面を含む
付記1から7のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記9》
前記入射面で偏向された光は、前記光反射面に到達する付記8に記載の投影装置。
《付記10》
前記第1の光学部は、前記第1の周辺部分に入射した光を屈折させることによって、前記入射した光を集光するレンズ部を備える付記8又は9に記載の投影装置。
《付記11》
前記第1の光学部は、前記第1の周辺部分に入射した光を屈折させることによって、前記入射した光を集光するプリズム部を含む付記8又は9に記載の投影装置。
《付記12》
前記第1の光学部は、前記第1の光学部の光軸が存在する第1の中心部分と、前記第1の中心部分の外側の第1の周辺部分とを備え、
前記第1の光学部は、前記第1の中心部分に入射した光を遮光する遮光部を備える
付記1から7のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記13》
前記第1の光学部は、前記第1の光学部の光軸が存在する第1の中心部分と、前記第1の中心部分の外側の第1の周辺部分とを備え、
前記第1の光学部は、前記第1の中心部分に入射した光を発散させる光発散部を備える付記1から7のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記14》
前記光発散部は、凹面レンズ又は入射した光を拡散させる拡散部である付記13に記載の投影装置。
《付記15》
前記第2の光学部は、前記第2の光学部の光軸が存在する第2の中心部分と、前記第2の光学部の光軸を中心として前記第2の中心部分の外側に位置する第2の周辺部分とを含み、
前記第2の中心部分は、前記画像光を投射する付記1から14のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記16》
前記第2の中心部分は、凸レンズである付記15に記載の投影装置。
《付記17》
前記周辺領域に照射された光は、前記第2の周辺部分に入射して、投射される付記15又は16に記載の投影装置。
《付記18》
前記第2の周辺部分は、入射した光を反射するリフレクタを含む付記15から17のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記19》
前記第2の周辺部分は、入射した光を屈折するレンズ部を含む付記15から17のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記20》
前記第2の周辺部分は、入射した光を屈折するプリズム部を含む付記15から17のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記21》
前記画像形成領域は、画像情報に基づく画像を表示する装置である付記1から20のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記22》
前記画像形成領域は、液晶素子である付記21に記載の投影装置。
《付記(3)》
《付記1》
第1の光を発する光源部と、
前記第1の光を入射して当該第1の光の配光を変更して第2の光として出射する第1の光学部と、
前記第2の光を入射して画像光に変更して出射する画像形成領域および前記第2の光を入射して照明光として出射する周辺領域を含む画像形成部と、
前記画像光を投射して投影像を形成する第2の光学部と
を備え、
前記配光の変更によって、前記画像形成領域に入射する前記第2の光の量と前記周辺領域に入射する前記第2の光の量との比率を変更する投影装置。
《付記2》
前記光源部から前記第1の光学部までの距離を変更することで前記配光の変更を行い、
前記距離は、第1の距離および前記第1の距離より長い第2の距離を含む
付記1に記載の投影装置。
《付記3》
前記距離が前記第1の距離であるときの前記画像形成領域に入射する前記第2の光の量は、前記距離が前記第2の距離であるときの前記画像形成領域に入射する前記第2の光の量より少ない付記2に記載の投影装置。
《付記4》
前記距離が前記第1の距離であるときの前記周辺領域に入射する前記第2の光の量は、前記距離が前記第2の距離であるときの前記周辺領域に入射する前記第2の光の量より多い付記2又は3に記載の投影装置。
《付記5》
前記距離の変更を行う変更部を備える付記2から4のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記6》
前記変更部は、前記光源部及び前記第1の光学部の少なくとも一方を移動させる付記5に記載の投影装置。
《付記7》
前記変更部の制御を行う移動制御部を備える付記5または6に記載の投影装置。
《付記8》
前記第1の光学部は、前記第1の光学部の第1の光軸が通る第1の中心部分と、前記第1の光軸を中心として前記第1の中心部分の外側に位置する第1の周辺部分とを備える付記2から7のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記9》
前記第1の中心部分は、入射した前記第1の光を第1の周辺部分の方向に偏向する入射面を含み、
前記第1の周辺部分は、偏向された前記第1の光を反射する反射面を含む
付記8に記載の投影装置。
《付記10》
前記反射面は、前記第1の光が前記第1の光軸に近づく方向に前記第1の光を反射する付記9に記載の投影装置。
《付記11》
前記距離が第1の距離である場合には、前記反射面で反射された前記第1の光は、前記第1の光軸に対して、反射された前記反射面と反対側に位置する前記周辺領域に到達する付記9または10に記載の投影装置。
《付記12》
前記距離が第1の距離である場合には、前記周辺領域に入射する前記第2の光は、前記第1の光学部と前記画像形成部との間で集光する光を含む付記9から11のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記13》
前記第1の光学部は、凸レンズを含む付記8に記載の投影装置。
《付記14》
前記距離が第1の距離である場合には、
前記凸レンズの焦点から前記第1の光学部までの距離は、前記第1の距離よりも長い付記13に記載の投影装置。
《付記15》
前記距離が第2の距離である場合には、
前記凸レンズの焦点から前記第1の光学部までの距離は、前記第2の距離よりも短い付記13または14に記載の投影装置。
《付記16》
前記距離が第2の距離である場合には、
前記凸レンズの焦点は、前記光源部と前記第1の光学部との間に位置する付記13から15のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記17》
前記第1の中心部分は、前記凸レンズを含む付記13から16のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記18》
前記第1の周辺部分は、前記凸レンズを含む付記13から17のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記19》
前記第1の周辺部分の前記凸レンズは、フレネル形状を含む付記18に記載の投影装置。
《付記20》
前記フレネル形状のプリズムは、レンズ面が前記レンズ面に接する平面に平行な平面形状である付記19に記載の投影装置。
《付記21》
前記第1の中心部分は、入射した前記第1の光を遮光する遮光部を備える付記13から20のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記22》
前記第1の中心部分は、入射した前記第1の光を発散させる光発散部を備える付記13から20のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記23》
前記光発散部は、凹面レンズである付記22に記載の投影装置。
《付記24》
前記光発散部は、入射した前記第1の光を拡散させる光拡散面または光拡散層を含む付記22に記載の投影装置。
《付記25》
前記第1の光学部は、前記第1の光学部の第1の光軸が通る第1の中心部分と、前記第1の光軸を中心として前記第1の中心部分の外側に位置する第1の周辺部分とを備える付記1に記載の投影装置。
《付記26》
前記第1の中心部分は、入射した前記第1の光を第1の周辺部分の方向に偏向する入射面を含み、
前記第1の周辺部分は、偏向された前記第1の光を反射する反射面を含む
付記25に記載の投影装置。
《付記27》
前記反射面は、前記第1の光が前記第1の光軸に近づく方向に前記第1の光を反射する付記26に記載の投影装置。
《付記28》
前記第1の光学部は、凸レンズを含む付記25に記載の投影装置。
《付記29》
前記第1の中心部分は、前記凸レンズを含む付記28に記載の投影装置。
《付記30》
前記第1の周辺部分は、前記凸レンズを含む付記28または29に記載の投影装置。
《付記31》
前記第1の周辺部分の前記凸レンズは、フレネル形状を含む付記30に記載の投影装置。
《付記32》
前記フレネル形状のプリズムは、レンズ面が前記レンズ面に接する平面に平行な平面形状である付記31に記載の投影装置。
《付記33》
前記第1の中心部分は、入射した前記第1の光を遮光する遮光部を備える付記28から32のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記34》
前記第1の中心部分は、入射した前記第1の光を発散させる光発散部を備える付記28から32のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記35》
前記光発散部は、凹面レンズである付記34に記載の投影装置。
《付記36》
前記光発散部は、入射した前記第1の光を拡散させる光拡散面または光拡散層を含む付記34に記載の投影装置。
《付記37》
前記第2の光学部は、前記第2の光学部の第2の光軸が通る第2の中心部分と、前記第2の光軸を中心として前記第2の中心部分の外側に位置する第2の周辺部分とを含み、
前記第2の中心部分は、前記画像光を投射する付記1から36のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記38》
前記第2の中心部分は、凸レンズを含む付記37に記載の投影装置。
《付記39》
前記第2の周辺部分は、前記周辺領域から出射された前記照明光を入射して、投射する付記37又は38に記載の投影装置。
《付記40》
前記第2の周辺部分は、入射した前記照明光を反射する反射面を含む付記37から39のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記41》
前記第2の周辺部分は、入射した前記照明光を屈折するレンズを含む付記37から39のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記42》
前記レンズは凸レンズを含む付記41に記載の投影装置。
《付記43》
前記レンズは凹レンズを含む付記41に記載の投影装置。
《付記44》
前記レンズは、フレネル形状を含む付記41から43のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記45》
前記フレネル形状のプリズムは、レンズ面が前記レンズ面に接する平面に平行な平面形状である付記44に記載の投影装置。
《付記46》
前記周辺領域は、前記画像形成領域の周辺側に位置している付記1から45のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記47》
前記画像形成領域は、前記第2の光の透過および遮光によって画像を形成する付記1から46のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記48》
前記画像形成領域は、液晶素子である付記1から47のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記49》
前記画像形成領域は、開口を含む遮光板である付記1から47のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記50》
前記画像形成領域は、マイクロミラーを用いた表示素子である付記1から47のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記51》
前記配光は、前記第2の光の発散角である付記1から50のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記52》
前記配光の変更によって、前記画像光の量と前記照明光の量との比率を変更する付記1から51のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記53》
前記画像光と前記照明光とは、同じ対象領域に照射される付記1から52のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記54》
前記光源部及び前記第1の光学部の少なくとも一方は、前記光源部の光軸に平行な方向に移動する付記1から53のいずれか1つに記載の投影装置。
《付記55》
前記光源部及び前記第1の光学部の少なくとも一方は、前記第1の光学部の光軸に平行な方向に移動する付記1から53のいずれか1つに記載の投影装置。