JPWO2011013627A1 - Optical unit - Google Patents
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Abstract
所定の回転軸を中心にして楕円を回転させたときにできる楕円体の内周面の一部又は全部によって構成された楕円鏡を用いた光学ユニットに関し、整った光を、照射面積を変えて出力する。光源21から発せられた光に由来する光Lsが拡散し始める所定点110と、所定の回転軸R1を中心にして楕円を回転させたときにできる楕円体の内周面の一部又は全部によって構成され回転軸R1上に第1焦点f1および第2焦点f2を有し、第1焦点f1が所定点110に一致し、所定点110を通過してきた光L11,21,31を反射する楕円鏡111と、第1焦点f1が所定点110に一致した状態を保ったまま、所定点110を通過してきた光L11,21,31が楕円鏡111に当たる楕円鏡111上の位置を調整可能な調整手段113とを備える。Regarding an optical unit using an elliptical mirror constituted by a part or all of the inner peripheral surface of an ellipsoid formed when an ellipse is rotated around a predetermined rotation axis, the arranged light is changed by changing the irradiation area. Output. A predetermined point 110 at which light Ls derived from light emitted from the light source 21 starts to diffuse and a part or all of the inner peripheral surface of the ellipsoid formed when the ellipse is rotated about the predetermined rotation axis R1. An elliptical mirror that is configured and has a first focal point f1 and a second focal point f2 on the rotation axis R1, and the first focal point f1 coincides with the predetermined point 110 and reflects the light L11, 21, 31 that has passed through the predetermined point 110. 111 and adjustment means capable of adjusting the position on the elliptical mirror 111 where the light L11, 21, 31 that has passed through the predetermined point 110 hits the elliptical mirror 111 while keeping the state where the first focal point f1 coincides with the predetermined point 110 113.
Description
本発明は、所定の回転軸を中心にして楕円を回転させたときにできる楕円体の内周面の一部又は全部によって構成された楕円鏡を用いた光学ユニットに関する。 The present invention relates to an optical unit using an elliptical mirror constituted by a part or all of an inner peripheral surface of an ellipsoid formed when an ellipse is rotated around a predetermined rotation axis.
従来より、上記楕円鏡や所定の回転軸を中心にして放物線を回転させたときにできる放物面を反射面として有する放物面鏡を用いた光学ユニットが知られている(例えば、特許文献1、2等参照)。特許文献1に記載された光学ユニットは、光束の向きや光の断面形状(照射形状,スポット形状)を調整できるようにしている。この特許文献1に記載された光学ユニットでは、光束の向きを変えようとすると断面形状も変わってしまう。この光学ユニットには、放物面鏡を動かす移動機構が設けられており、変わってしまった断面形状は、その移動機構によって放物面鏡を動かすことである程度は補正することができる。ところが、特許文献1に記載された光学ユニットでは、照射面積(スポット面積)を調整することは全くできない。一方、特許文献2に記載された光学ユニットでは、放物面鏡を動かすことで、照射面積を調整することができる。 2. Description of the Related Art Conventionally, there are known optical units that use a parabolic mirror having a reflecting surface that is a parabolic surface that is formed when a parabola is rotated around the elliptical mirror or a predetermined rotation axis (for example, Patent Documents). 1 and 2 etc.). The optical unit described in Patent Document 1 can adjust the direction of light flux and the cross-sectional shape (irradiation shape, spot shape) of light. In the optical unit described in Patent Document 1, when the direction of the light beam is changed, the cross-sectional shape is also changed. This optical unit is provided with a moving mechanism for moving the parabolic mirror, and the changed cross-sectional shape can be corrected to some extent by moving the parabolic mirror by the moving mechanism. However, the optical unit described in Patent Document 1 cannot adjust the irradiation area (spot area) at all. On the other hand, in the optical unit described in Patent Document 2, the irradiation area can be adjusted by moving the parabolic mirror.
しかしながら、特許文献2に記載された光学ユニットでは、放物面鏡に入射する光の光軸に沿ってその放物面鏡を動かすため、放物面鏡の焦点位置は無視され、放物面鏡で反射された光は乱れた光になって、その光を利用することは困難になる。 However, in the optical unit described in Patent Document 2, since the parabolic mirror is moved along the optical axis of the light incident on the parabolic mirror, the focal position of the parabolic mirror is ignored and the parabolic surface is ignored. The light reflected by the mirror becomes turbulent light, making it difficult to use the light.
本発明は上記事情に鑑み、整った光を、照射面積を変えて出力することができる光学ユニットを提供することを目的とする。 In view of the circumstances described above, an object of the present invention is to provide an optical unit capable of outputting arranged light by changing the irradiation area.
上記目的を解決する本発明の第1の光学ユニットは、光源から発せられた光に由来する光が拡散し始める所定点と、
所定の回転軸を中心にして楕円を回転させたときにできる楕円体の内周面の一部又は全部によって構成されその回転軸上に第1焦点および第2焦点を有し、その第1焦点が上記所定点に一致し、その所定点を通過してきた光を反射する楕円鏡と、
上記第1焦点が上記所定点に一致した状態を保ったまま、上記所定点を通過してきた光が上記楕円鏡に当たるその楕円鏡上の位置を調整可能な調整手段とを備えたことを特徴とする。The first optical unit of the present invention that solves the above-described object includes a predetermined point at which light derived from light emitted from a light source starts to diffuse,
A first focal point and a second focal point are formed by a part or all of the inner peripheral surface of an ellipsoid formed when the ellipse is rotated around a predetermined rotational axis, and the first focal point has the first focal point and the second focal point on the rotational axis. Coincides with the predetermined point and reflects the light passing through the predetermined point;
Adjusting means capable of adjusting the position on the elliptical mirror where the light passing through the predetermined point hits the elliptical mirror while maintaining the state where the first focal point coincides with the predetermined point. To do.
上記目的を解決する本発明の第2の光学ユニットは、光源から発せられた光に由来する光が拡散し始める所定点と、
所定の回転軸を中心にして楕円を回転させたときにできる楕円体の内周面の一部又は全部によって構成され該回転軸上に第1焦点および第2焦点を有し、該第1焦点が前記所定点に一致し、該所定点を通過してきた光を反射する楕円鏡と、
前記第1焦点が前記所定点に一致した状態を保ったまま、前記所定点を通過してきた光が前記楕円鏡に当たる該楕円鏡上の位置を調整可能な調整手段とを備え、
前記調整手段が、前記所定点を通過して前記楕円鏡に到達するまでの拡散光の光軸に該所定点で交わる回動軸を回動中心にして前記楕円鏡を回動させるものであることを特徴とする。The second optical unit of the present invention that solves the above-described object includes a predetermined point at which light derived from light emitted from a light source starts to diffuse,
A first focal point and a second focal point are formed on a part or all of an inner peripheral surface of an ellipsoid formed when an ellipse is rotated around a predetermined rotational axis, and the first focal point has the first focal point and the second focal point on the rotational axis. An elliptical mirror that matches the predetermined point and reflects light that has passed through the predetermined point;
Adjustment means capable of adjusting the position on the elliptical mirror where the light passing through the predetermined point hits the elliptical mirror while maintaining the state where the first focal point coincides with the predetermined point;
The adjusting means rotates the elliptical mirror about a rotational axis that intersects the optical axis of diffused light passing through the predetermined point and reaching the elliptical mirror at the predetermined point. It is characterized by that.
上記光源から発せられた光は、拡散光であってもよいし、平行光であってもよい。また、上記光源から発せられた光に由来する光とは、その光そのものであってもよいし、その光が反射や屈折した光であってもよい。上記所定点は、光源から発せられた光に由来する光が集束する点であってもよいし、所定の点光源が配置された点であってもよい。ここにいう点光源とは、通常、光が集束する集束点よりも小さい光源(例えば、極めて小径の発光ダイオード等)であることが好ましい。上記所定点が、集束点であっても点光源であっても、その所定点から光が拡散していくことになる。すなわち、上記所定点は拡散光の起点になる点である。また、光とは、電磁波のうち、反射や屈折を利用してその進路を人為的に操作することのできる、電波やX線等を含む広い概念のものである(以下、同じ。)。 The light emitted from the light source may be diffused light or parallel light. The light derived from the light emitted from the light source may be the light itself, or may be light that is reflected or refracted by the light. The predetermined point may be a point where light derived from light emitted from a light source is focused, or a point where a predetermined point light source is disposed. The point light source here is preferably a light source (for example, a light emitting diode having a very small diameter) smaller than a converging point where light is normally focused. Regardless of whether the predetermined point is a focusing point or a point light source, light diffuses from the predetermined point. That is, the predetermined point is a point that becomes the starting point of diffused light. Light is a broad concept including electromagnetic waves, X-rays, and the like that can be artificially manipulated using reflection and refraction among electromagnetic waves (hereinafter the same).
本発明の光学ユニットによれば、上記楕円鏡で反射された光は上記第2焦点に集束し、
整った光として取り出すことが可能である。さらに、上記調整手段によって、照射面積を変えて光を出力することができる。According to the optical unit of the present invention, the light reflected by the elliptical mirror is focused on the second focal point,
It can be extracted as a well-organized light. Furthermore, light can be output by changing the irradiation area by the adjusting means.
また、本発明の光学ユニットにおいて、入射した平行光が反射あるいは屈折して集束する集束点が上記第2焦点に一致し、その第2焦点を通過してきた光を反射あるいは屈折させて平行光を生成する光学部材を備えたものであってもよい。 In the optical unit of the present invention, the focal point where the incident parallel light is reflected or refracted and converges coincides with the second focal point, and the light passing through the second focal point is reflected or refracted to produce the parallel light. An optical member to be generated may be provided.
上述のごとく、上記楕円鏡で反射された光は上記第2焦点に集束する。この第2焦点に集束した光から上記光学部材は平行光を簡単に生成することができる。ここにいう光学部材は、所定の回転軸を中心にして放物線を回転させたときにできる放物面を反射面として有する放物面鏡等であってもよい。 As described above, the light reflected by the elliptical mirror is focused on the second focus. From the light focused on the second focal point, the optical member can easily generate parallel light. The optical member referred to here may be a parabolic mirror having a paraboloid formed as a reflecting surface when a parabola is rotated about a predetermined rotation axis.
さらに、本発明の光学ユニットにおいて、上記調整手段が、上記所定点を通過して上記楕円鏡に到達するまでの拡散光の進む方向およびその拡散光の拡がる角度のうち少なくともいずれか一方を上記第1焦点を上記所定点に一致させた状態で変更可能なものであってもよい。 Further, in the optical unit of the present invention, the adjusting means may change at least one of the traveling direction of the diffused light and the angle at which the diffused light extends until it passes through the predetermined point and reaches the elliptical mirror. It may be changeable in a state where one focal point is made coincident with the predetermined point.
ここで、上記調整手段が、上記所定点に集束する光の光路を上記第1焦点を回動中心にして回動させるものであってもよく、例えば、上記所定点に集束する光を発する光源ユニットを備え、上記調整手段が、上記所定点を回動中心にして上記光源ユニットを回動させるものであってもよい。また、上記調整手段が、上記所定点に設けられその所定点の位置を回転中心にして回転することで上記楕円鏡に対する向きを変更可能な、上記所定点に集束する光を反射する反射部材(例えば平面鏡)であってもよい。さらには、その反射部材およびその楕円鏡の双方を動かす移動機構を備えた態様であってもよい。またさらに、上記反射部材および上記楕円鏡の双方を速度差をもって、上記所定点を通過してきた光が上記楕円鏡上の同じ位置に当たるように動かす移動機構を備えた態様であってもよい。すなわち、上記移動機構は、上記所定点を通過してきた光が上記楕円鏡上の同じ位置に当たるようにその楕円鏡に追従させて上記反射部材を動かすものであってもよい。また、上記移動機構は、上記楕円鏡を所定の角速度で回動させるとともに、上記反射部材をその所定の角速度の1/2の角速度で回動させるものであってもよい。 Here, the adjusting means may rotate the light path of the light focused on the predetermined point around the first focus, for example, a light source that emits light focused on the predetermined point. A unit may be provided, and the adjusting means may rotate the light source unit about the predetermined point as a rotation center. Further, the adjusting means is provided at the predetermined point and rotates about the position of the predetermined point to change the direction with respect to the elliptical mirror, and reflects the light focused on the predetermined point (reflecting member) For example, a plane mirror) may be used. Furthermore, the aspect provided with the moving mechanism which moves both the reflective member and the elliptical mirror may be sufficient. Furthermore, the aspect provided with the moving mechanism which moves both the said reflection member and the said elliptical mirror so that the light which passed the said predetermined point may hit the same position on the said elliptical mirror with a speed difference may be sufficient. That is, the moving mechanism may move the reflecting member by following the elliptical mirror so that light passing through the predetermined point hits the same position on the elliptical mirror. The moving mechanism may rotate the elliptical mirror at a predetermined angular velocity and rotate the reflecting member at an angular velocity that is ½ of the predetermined angular velocity.
上記調整手段や移動機構の動力は、モータやソレノイド等の電気的駆動手段によって発生した動力であってもよいが、人による操作力であってもよい(以下においても同じ)。人による操作力を利用することで、低コスト化が可能になるとともに構造が簡単になる。 The power of the adjusting means and the moving mechanism may be power generated by an electric driving means such as a motor or a solenoid, but may be an operating force by a person (the same applies below). By using the operation force by a person, the cost can be reduced and the structure becomes simple.
また、本発明の光学ユニットにおいて、上記調整手段が、上記第1焦点を回動中心にして上記楕円鏡を回動させるものであってもよく、さらには、
上記楕円鏡で反射された光の照射を受けるスクリーンを備え、
上記楕円鏡は、上記回転軸および上記所定点を通過してきた拡散光の光軸が同一水平面上に位置しその回転軸が上記スクリーンの中心点を通るように配置された姿勢を初期姿勢とするものであってもよい。In the optical unit of the present invention, the adjusting means may rotate the elliptical mirror around the first focal point,
A screen for receiving light reflected by the elliptical mirror,
The elliptical mirror has an initial posture in which the rotation axis and the optical axis of the diffused light that has passed through the predetermined point are positioned on the same horizontal plane and the rotation axis passes through the center point of the screen. It may be a thing.
ここで、上記スクリーンは、上記調整手段によって回動する楕円鏡の上記第2焦点の位置を基準に配置されたものであってもよい。すなわち、回動する上記楕円鏡の向きは連続的に変化し、連続的に向きが変化していく上記楕円鏡における上記第2焦点を、上記楕円鏡の回動に合わせてプロットしていくと、所定の円弧になる。上記スクリーンは、その円弧上に配置されたものであってもよく、あるいは、上記楕円鏡が上記初期姿勢にあるときの上記回転軸に直交し、かつ上記円弧の接線上に配置されたものであってもよい。 Here, the screen may be arranged based on the position of the second focus of the elliptical mirror that is rotated by the adjusting means. That is, the orientation of the rotating elliptical mirror changes continuously, and the second focal point in the elliptical mirror whose orientation changes continuously is plotted in accordance with the rotation of the elliptical mirror. It becomes a predetermined arc. The screen may be arranged on the arc, or arranged on a tangent line of the arc perpendicular to the rotation axis when the elliptical mirror is in the initial posture. There may be.
さらに、本発明の光学ユニットにおいて、上記調整手段で調整された、上記所定点を通過してきた光が上記楕円鏡に当たるその楕円鏡上の位置を、同じ位置に保ったまま、上記第1焦点を回動中心にして上記楕円鏡を回動させる方向変更手段を備えた態様であってもよい。 Further, in the optical unit of the present invention, the first focus is adjusted while maintaining the same position on the elliptical mirror where the light that has passed through the predetermined point adjusted by the adjusting means hits the elliptical mirror. The aspect provided with the direction change means to rotate the said elliptical mirror about the rotation center may be sufficient.
この態様によれば、上記調整手段によって所望の照射面積に調整した後に、その照射面積を変えずに反射光の向きを変えることができる。 According to this aspect, after adjusting to a desired irradiation area by the adjusting means, the direction of the reflected light can be changed without changing the irradiation area.
またさらに、本発明の光学ユニットにおいて、上記所定点と上記楕円鏡との間に光路補正部材を有するものであり、
上記光路補正部材が、
上記所定点の位置に設けられた入射口から出射口に向けて漸次拡径し、内周面がその入射口から入射した光を反射するともに外周面も光を反射し、その入射口とその出射口の間に上記楕円鏡の焦点が位置した内側反射鏡と、
光を反射する内周面が上記内側反射鏡の外周面とは間隔をあけてその外周面を取り囲むように配置され、その内周面とその内側反射鏡における入射口との間に位置する入射側開口、およびその内周面とその内側反射鏡における出射口との間に位置する出射側開口を有し、その内周面がその入射側開口からその出射側開口に向けて漸次拡径した外側反射鏡と、
上記入射口および上記入射側開口から入射した光が、上記楕円鏡から見て、その入射口および上記出射口の間に集束していることになるようにその光に作用するレンズとを備えた態様であってもよい。Furthermore, in the optical unit of the present invention, an optical path correction member is provided between the predetermined point and the elliptical mirror,
The optical path correction member is
The diameter is gradually increased from the entrance provided at the position of the predetermined point toward the exit, and the inner peripheral surface reflects the light incident from the entrance and the outer peripheral surface also reflects the light. An inner reflecting mirror in which the focal point of the elliptical mirror is located between the exit ports;
The incident surface located between the inner peripheral surface and the entrance of the inner reflector is arranged so that the inner peripheral surface that reflects light is spaced from the outer peripheral surface of the inner reflector and surrounds the outer peripheral surface. Side opening, and an exit side opening located between the inner peripheral surface and the exit port of the inner reflecting mirror, and the inner peripheral surface gradually expands from the entrance side opening toward the exit side opening. An outer reflector,
A lens that acts on the light so that light incident from the entrance and the entrance-side opening is focused between the entrance and the exit as viewed from the elliptical mirror An aspect may be sufficient.
上記所定点を面積が0に限りなく近い一点として見た場合に、上記光源から発せられた光に由来する光をその一点に集束しようとしても、実際は、ある程度の面積をもった領域にしか光を集束させることができない。そこで、上記所定点と上記楕円鏡の焦点を敢えてズラし、上記所定点と上記楕円鏡の間にその楕円鏡の第1焦点がくるようにするとともに、上記入射口の位置にその所定点がくるようにする。そして、上記レンズを設けておくことで、あたかも、面積が0に近い上記焦点から光が拡散しているようにすることができる。 When the predetermined point is viewed as one point whose area is as close as possible to zero, even if it is intended to focus light originating from the light emitted from the light source to that one point, the light is actually only emitted to a region having a certain area. Cannot be focused. Therefore, the focal point of the elliptical mirror is deliberately shifted so that the first focal point of the elliptical mirror is between the predetermined point and the elliptical mirror, and the predetermined point is at the position of the entrance. Make it come. By providing the lens, light can be diffused from the focal point where the area is close to zero.
上記レンズとしては、上記内側反射鏡の出射口を覆う中央レンズであってもよいし、あるいは上記出射側開口を覆う外周レンズであってもよい。また、上記レンズとして、中央レンズおよび外周レンズの双方を設ける場合には、中央レンズは凹レンズで焦点距離の短いものが好ましく、その外周レンズは、その中央レンズよりも焦点距離が短い凹レンズであることが好ましい。 The lens may be a central lens that covers the exit port of the inner reflecting mirror, or an outer lens that covers the exit side opening. Further, when both the central lens and the outer peripheral lens are provided as the lens, the central lens is preferably a concave lens having a short focal length, and the outer peripheral lens is a concave lens having a shorter focal length than the central lens. Is preferred.
また、本発明の第2の光学ユニットにおいて、上記楕円鏡で反射された光の照射を受けるスクリーンを備え、
上記スクリーンは、上記調整手段によって回動する楕円鏡の上記第2焦点の位置を基準に配置されたものであってもよく、
さらには、上記所定点を通過して上記楕円鏡に到達するまでの拡散光の進む方向および該拡散光の拡がる角度のうち少なくともいずれか一方を上記第1焦点を上記所定点に一致させた状態で変更する第2の調整手段を備えた態様であることが好ましい。Further, in the second optical unit of the present invention, a screen for receiving the light reflected by the elliptical mirror is provided,
The screen may be arranged based on the position of the second focal point of the elliptical mirror that is rotated by the adjusting means,
Further, at least one of the direction in which diffused light travels through the predetermined point and reaches the elliptical mirror and the angle at which the diffused light spreads is such that the first focal point coincides with the predetermined point It is preferable that the second adjustment unit is changed in the above.
本発明の光学ユニットによれば、整った光を、照射面積を変えて出力することができる。 According to the optical unit of the present invention, it is possible to output arranged light by changing the irradiation area.
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の光学ユニットの一実施形態を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an optical unit of the present invention.
図1に示す光学ユニット11は、ピンホール110と、楕円鏡111と、放物面鏡112とを有する。また、この図1には、光源ユニット21が示されている。図1に示す光源ユニット21は、拡散光を発する光源である発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)211と、1枚のレンズ若しくはレンズ群からなる集光部材212を有する。なお、発光ダイオード211に代えてフィラメントや電球などを用いることもできる。また、光源としては、拡散光を発するものであれば、どのような種類、構造、大きさのものでも利用可能である。
The optical unit 11 shown in FIG. 1 has a
発光ダイオード211から発せられた拡散光は、集光部材212によってピンホール110に集束される。本実施形態の光学ユニット11は、このピンホール110を含めた光学系である。ピンホール110に集束された光は、発光ダイオード211から発せられた拡散光に由来する光であり、ピンホール110は、本発明にいう所定点の一例に相当する。
The diffused light emitted from the
図1に示す楕円鏡111は、所定の回転軸R1を中心にして楕円を回転させたときにできる楕円体の内周面の一部によって構成された軸外し楕円鏡であり、回転軸R1上に第1焦点f1および第2焦点f2を有する。この楕円鏡111の第1焦点f1は、ピンホール110に一致しており、ピンホール110を通過してきた光は、楕円鏡111によって反射され、第2焦点f2に集束する。
An
図1に示す放物面鏡112は、所定の回転軸R2を中心にして放物線を回転させたときにできる面(放物面)の一部によって構成された軸外し放物面鏡である。放物面鏡には、放物面鏡の焦点側から回転軸と平行に入射した光を反射して焦点に集束させる。といった性質がある。図1に示す放物面鏡112の焦点(入射した平行光が反射あるいは屈折して集束する集束点)f3は、第2焦点f2に一致しており、上記性質により、放物面鏡112の焦点f3から発した光は放物面鏡112で反射して回転軸R2と平行な光(平行光)になる。すなわち、放物面鏡112は、第2焦点f2を通過してきた光を反射させて平行光を生成するものであり、本発明にいう光学部材の一例に相当する。
A
また、図1に示す光学ユニット11は、光源ユニット21を手動で移動させる移動機構113を有し、図1では、その移動機構113を太い矢印によって表している。この光学ユニット11では、楕円鏡111は固定配置されたものであり、移動機構113は、楕円鏡111の第1焦点f1をピンホール110に一致した状態を保ったまま、光源ユニット21を、そのピンホール110を回動中心にして回動させる機構である。すなわち、図1に示す移動機構113は、ピンホール110に集束する光Lsの光路を第1焦点f1を回動中心にして回動させるものである。図1には、移動機構113によって光源ユニット21が回動させられ、3つの異なる位置(第1位置〜第3位置)それぞれから発せられた拡散光がピンホール110を通過して楕円鏡111に向かう様子が示されている。光源ユニット21の位置によって、ピンホール110を通過した光が進む方向は異なり、その光が楕円鏡111に当たるその楕円鏡111上の位置も異なることになる。したがって、図1に示す移動機構113は、本発明の第1の光学ユニットにおける調整手段の一例に相当する。さらに、ピンホール110を通過した光を反射する楕円鏡111の反射領域r1〜r3の大きさも変わってくる。また、ピンホール110を通過した光が楕円鏡111に到達するまでの距離も異なる。図1に示す光源ユニット21は、図1の右側に最も寄った位置である第1位置にある。この第1位置は、3つの異なる位置の中で、ピンホール110を通過した光(拡散光)L11が楕円鏡111に到達するまでの距離が最も短く、楕円鏡111の反射領域r1の大きさも最も小さくなる位置である。また、反射領域r1は、楕円鏡111における図1の左側に寄った領域になる。この反射領域r1で反射された光(集束光)L12は、放物面鏡112の焦点f3に一致した第2焦点f2に集束し、その第2焦点f2を通過した光(拡散光)L13は放物面鏡112で反射されて照射面積(スポット面積)が相対的に小さな平行光L14として出力される。なお、ここでは照射面積という言葉を用いて説明したが、平行光L14のスポット形状が真円であればスポット径(ビーム径)と捉えてもよい(以下、同じ。)。
Further, the optical unit 11 shown in FIG. 1 has a moving
一方、図1では第2位置にある光源ユニットや第3位置にある光源ユニットは図示省略しているが、第3位置は、図1の左側に最も寄った位置であり、第2位置は、第1位置と第3位置との中間の位置である。第3位置は、3つの異なる位置の中で、ピンホール110を通過した光(拡散光)L31が楕円鏡111に到達するまでの距離が最も長く、楕円鏡111の反射領域r3の大きさも最も大きくなる位置である。また、反射領域r3は、楕円鏡111における図1の右側に寄った領域になる。この反射領域r3で反射された光(集束光)L32は、放物面鏡112の焦点f3に一致した第2焦点f2に集束し、その第2焦点f2を通過した光(拡散光)L33は放物面鏡112で反射されて照射面積が相対的に大きな平行光L34として出力される。また、第1位置と第3位置の中間になる第2位置は、ピンホール110を通過した光(拡散光)L21が楕円鏡111に到達するまでの距離も中間の距離であり、楕円鏡111の反射領域r2の大きさも中間の大きさになる位置である。また、反射領域r2は、反射領域r1と反射領域r3の間になる。この反射領域r2で反射された光(集束光)L22は、放物面鏡112の焦点f3に一致した第2焦点f2に集束し、その第2焦点f2を通過した光(拡散光)L23は放物面鏡112で反射されて照射面積が中間の大きになる平行光L24として出力される。
On the other hand, in FIG. 1, the light source unit in the second position and the light source unit in the third position are omitted, but the third position is the position closest to the left side in FIG. 1, and the second position is This is an intermediate position between the first position and the third position. The third position has the longest distance until the light (diffused light) L31 that has passed through the
以上、説明したように、出力される平行光の照射面積は、平行光34>平行光24>平行光14の関係にあるが、いずれの平行光も、放物面鏡112の回転軸R2と平行な所定方向に向く平行光であり、この図1に示す光学ユニット11では、出力光の向きは一定である。
As described above, the irradiation area of the parallel light to be output is in the relationship of parallel light 34> parallel light 24> parallel light 14, but any parallel light is related to the rotation axis R2 of the
図2は、図1に示す光学ユニット11の第1変形例を示す図である。以下の説明では、これまで説明した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。 FIG. 2 is a diagram showing a first modification of the optical unit 11 shown in FIG. In the following description, the same reference numerals are given to the same components as those described so far, and duplicate descriptions are omitted.
図2に示す光源ユニット21も、楕円鏡111は固定配置されたものであり、ピンホール110も移動することはない。したがって、この光学ユニット31でも、楕円鏡111の第1焦点f1は、ピンホール110に常に一致している。また、この光源ユニット21は、移動機構313(矢印参照)によって、楕円鏡111の第1焦点f1がピンホール110に常に一致するように、光源221と集光部材222のレンズとを互いに独立してそのピンホール110に対して進退させることにより、ピンホール110を通過してきた光が楕円鏡111に当たるその楕円鏡111上の位置を変更する。したがって、図2に示す移動機構313も、本発明の第1の光学ユニットにおける調整手段の一例に相当する。図2には、実線と点線で光源ユニット21が示されている。実線で示された光源ユニット21は、ピンホール110(第1焦点f1)に対して相対的に離れた位置にあり、点線で示された光源ユニット21は、ピンホール110(第1焦点f1)に対して相対的に近づいた位置にある。例えば、移動機構313は、発光ダイオード211と集光部材212の位置関係を規定するガイド部材を有する。ガイド部材は、円筒状のものであり、周面には2本のガイド溝が設けられている。この円筒状のガイド部材を回動することにより、発光ダイオード211はその内の1本のガイド溝に案内されて移動する。また、集光部材212はもう1本のガイド溝に案内されて移動する。こうすることで、実線で示された光源ユニット21は点線で示された光源ユニット21の位置へ移動し、点線で示された光源ユニット21は実線で示された光源ユニット21の位置へ移動する。実線で示された光源ユニット21と点線で示された光源ユニット21の間では、ピンホール110を通過して楕円鏡111に到達するまでの光(拡散光)L41,L51の拡がる角度が異なる。すなわち、光源ユニット21がピンホール110から相対的に離れていれば、拡散光L41の拡がる角度は相対的に小さくなり、反対に、光源ユニット21がピンホール110に相対的に近づいていれば、拡散光L51の拡がる角度は相対的に大きくなる。この結果、楕円鏡111における反射領域r4,r5も、光源ユニット21がピンホール110から相対的に離れていれば狭くなり、光源ユニット21がピンホール110に相対的に近づいていれば広くなる。さらに、楕円鏡111における反射領域が広ければ広いほど、出力される平行光L44,54の照射面積も広くなる。ただし、出力される平行光L44,54の照射面積の大きさは、楕円鏡111の反射領域の大きさによって決まるというのは正確ではなく、正確には、ピンホール110を通過して楕円鏡111に到達するまでの拡散光の進む方向およびその拡散光の拡がる角度によって決まる。なお、この変形例でも、いずれの平行光も、放物面鏡112の回転軸R2と平行な所定方向に向く平行光であり、出力光の向きは一定である。
In the
なお、以上の説明では、発光ダイオード211から発せられた拡散光に由来する光をピンホール110に集束させる例を示したが、ピンホール110の位置に点光源(例えば、直径0.5mm程度の発光ダイオード)を設けてもよい。
In the above description, an example in which the light derived from the diffused light emitted from the
図3は、本発明の光学ユニットの第2実施形態を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the optical unit of the present invention.
図3に示す光学ユニット41も、楕円鏡111は固定配置されたものであり、ピンホール110も移動することはない。したがって、この光学ユニット31でも、楕円鏡111の第1焦点f1は、ピンホール110に常に一致している。また、この光学ユニット41は平面鏡400を有する。この平面鏡400は、ピンホール110(第1焦点f1)の位置に設けられ、そのピンホール110の位置を回動中心にして操作者の操作により回動することで楕円鏡111に対する向きを変更することができるものである(図中の矢印参照)。図3には、実線と点線で平面鏡400が示されている。ピンホール110に集束する光Lsは、この平面鏡400によって反射され、楕円鏡111に向けられる。実線で示す平面鏡400によって反射された光(拡散光)L61が楕円鏡111に当たる位置と、点線で示す平面鏡400によって反射された光(拡散光)L71が楕円鏡111に当たる位置とは異なっており、回動する平面鏡400も、本発明の第1の光学ユニットにおける調整手段の一例に相当する。実線で示す平面鏡400は、点線で示す平面鏡400に比べて、入射角θが小さく、楕円鏡111で反射される反射領域(r6,r7)も、実線で示す平面鏡400で反射された光(拡散光)L61の方が、点線で示す平面鏡400で反射された光(拡散光)L71よりも大きくなる。この第2実施形態においても、楕円鏡111における反射領域が広ければ広いほど、出力される平行光L64,7の照射面積も広くなるが、いずれの平行光L64,74も、放物面鏡112の回転軸R2と平行な所定方向に向く平行光であり、出力光の向きは一定である。なお、平面鏡400に変えて、ピンホール110に集束する光Lsを屈折あるいは反射させて楕円鏡111に向ける他の光学部材(例えばレンズ等)を用いてもよい。
Also in the
なお、光源ユニット21を動かしたり、平面鏡400を回動したり、楕円鏡111を回動したりする動力は、低コスト化を可能にするとともに構造を簡単にするために、人による操作力であったが、モータやソレノイド等の電気的駆動手段によって発生した動力であってもよい。
The power for moving the
以上説明した光学ユニット11,31,41はいずれも、平行光を出力するものであり、整った光が出力される。また、平行光の照射面積を変えて出力することができる。これらの、平行光を出力する光学ユニット11,31,41は、ペンライト、ポインタ、懐中電灯、サーチライト等の遠方の小範囲を照らす小型のライティング器具に適用することができる。また、ここで説明した光は、電磁波等を含む広い概念のものであり、以上説明した光学ユニット11,31,41は、リモコンの送信部、無線(光)通信機器、X線撮影装置、照明装置全般(室内照明器具、屋外ライトアップ照明装置、舞台照明装置等)にも適用することができる。なお、電磁波を反射する鏡等として、光ファイバなどに応用されている非金属材料(石英、プラスチック等)の屈折率を利用した全反射応用品などを用いることができる。さらに、レーザビーム径を操作可能にして性能を向上させたり、あるいは性能を維持したままレーザを他の光源に置き換えることができるため、既存のレーザ利用機器へ適用することもできる。すなわち、平行光が必要であることからレーザダイオードを用いている既存のレーザ利用機器へ広く適用することができる。
Each of the
また、放物面鏡112を省略して、楕円鏡111で反射された光(集束光)L12等の照射面積を調整するユニット、あるいは第2焦点f2を通過した光(拡散光)L13等の照射面積を調整するユニットとしても利用することができる。
Further, the
また、第1の放物面鏡(軸外し放物面鏡)と第2の放物面鏡(軸外し放物面鏡)を用意し、第1の放物面鏡の焦点に、光源ユニット21のピンホール110を一致させておく。ピンホール110を通過してきた光は、第1の放物面鏡の放物面である反射面で反射して第1平行光になる。第1の放物面鏡は、所定の回転軸を中心にして第1の放物線を回転させたときにできる面(放物面)が鏡によって形成されたものであり、上記第1平行光は、その回転軸と平行な光である。第2の放物面鏡は、第1の放物面鏡の回転軸と平行な所定の回転軸を中心にして第2の放物線を回転させたときにできる放物面を有する。したがって、第1の放物面鏡の回転軸と平行な第1平行光は、第2の放物面鏡の回転軸とも平行な光である。第1平行光は、第2の放物面鏡で再び反射する。第2の放物面鏡で反射した光は、第2の放物面鏡の焦点に集束する。またここでは、第2の放物面鏡の焦点に第1焦点f1が一致した楕円鏡111が設けられている。第2の放物面鏡の焦点に集束した光は、その楕円鏡111でさらに反射し、楕円鏡111の第2焦点f2に向けて再び集束する。さらにここでは、ピンホール110および第1の放物面鏡を移動させる移動機構が設けられている。なお、ピンホール110を移動させるということは併せて光源ユニット21も移動させることになる。ここでの移動機構の動力は、モータやソレノイド等の電気的駆動手段によって発生した動力であってもよいし、人による操作力であってもよい。この移動機構は、ピンホール110に第1の放物面鏡の焦点を一致させた状態で第1の放物面鏡の回転軸と第2の放物面鏡の回転軸とを平行に保ったまま、第1の放物面鏡を移動させるものである。移動機構によって第1の放物面鏡の位置が変わることで、第2の放物面鏡の焦点を通過してきた光が楕円鏡111に当たるその楕円鏡上の位置も変わる。
Also, a first parabolic mirror (off-axis parabolic mirror) and a second parabolic mirror (off-axis parabolic mirror) are prepared, and a light source unit is provided at the focal point of the first parabolic mirror. The 21
続いて、放物面鏡112を省略して、プロジェクタに利用することができる光学ユニットについて説明する。以下に説明するプロジェクタは、水平方向と垂直方向それぞれに複数個ずつ配列された画素によって構成された画像を表す画像データに基づいて画素に応じた光を、垂直方向に走査するとともに水平方向にも走査しながら照射する走査型のプロジェクタである。
Next, an optical unit that can be used for a projector without the
図4は、本発明の光学ユニットの第3実施形態を示す図である。 FIG. 4 is a diagram showing a third embodiment of the optical unit of the present invention.
図4に示す光学ユニット51では、楕円鏡111がその第1焦点f1を回動中心にして回動する(図中の矢印参照)。一方、光源ユニット21は、固定配置されたものであり、ピンホール110は楕円鏡111の第1焦点f1に一致した状態を維持する。図4には、第1の位置と第2の位置にある楕円鏡111が示されている。第1の位置は、楕円鏡111の第2焦点f2が図の上方になる位置であり、第2の位置は、その第2焦点f2が図の下方になる位置である。図4に示すように、楕円鏡111が第1の位置にあるときと、第2の位置にあるときでは、ピンホール110を通過した光(拡散光)が楕円鏡111に当たる位置が異なる。すなわち、楕円鏡111が第1の位置にあるときには、ピンホール110を通過した光(拡散光)L81が楕円鏡111の反射領域r8で反射されるが、楕円鏡111が第2の位置にあるときには、ピンホール110を通過した光(拡散光)L91は楕円鏡111の反射領域r9で反射される。楕円鏡111を回動する回動機構(図4では矢印で表している)513は本発明の第2の光学ユニットにおける調整手段の一例に相当する。楕円鏡111の反射領域は、楕円鏡111が上方へ回動するほど広くなり、下方へ回動するほど狭くなる。したがって、楕円鏡111が第1の位置にあるときには、反射領域r8は相対的に広く、楕円鏡111が第2の位置にあるときには、反射領域r9は相対的に狭くなる。
In the
また、この第3実施形態では、光学ユニット51から放物面鏡112が取り外され、代わりに平面状のスクリーン55が設けられている。図4に示すスクリーン55は、楕円鏡111の第1焦点f1と第2焦点f2の間に垂直に配置されたものである。このスクリーン55には、楕円鏡111で反射され第2焦点f2に向かう光(集束光)L82,92が照射される。図4に示すように、スクリーン55に照射される光L82,92の照射面積は、楕円鏡111が第1の位置にあるときの方が第2の位置にあるときに比べて大きい。すなわち、楕円鏡111の回転軸R1(第1焦点f1と第2焦点f2を結ぶ長軸)と交差(例えば直交)するように設けられた平面状のスクリーンでは、照射面積が、楕円鏡111が上方へ回動するほど広くなり、下方へ回動するほど狭くなる。
In the third embodiment, the
例えば、垂直なスクリーンに対して、プロジェクタが斜め下から投影する場合には、垂直走査の角速度が一定であると、投影位置が上に向かうほど走査線の間隔が拡がるため、この場合には、出射光の照射面積を大きくして太い出射光を出力できるようにすることが好ましい。第3実施形態の光学ユニット51を、プロジェクタに組み込み(例えば出力ユニットとして組み込み)、楕円鏡111を走査光学系として用い、投影位置が上に向かうほど楕円鏡111を上方へ回動させ、出射光の照射面積を大きくして太い出射光を出力することができる。すなわち、楕円鏡111を水平方向に走査するように回動させるとともに垂直方向にも走査するように回動(図中の矢印参照)させればよい。なお、水平方向の走査は、楕円鏡111とは異なる別の光学部材(例えば、水平方向に回動する反射鏡や回転するポリゴンミラー)を楕円鏡111の反射領域とその楕円鏡111の第2焦点f2との間に設けてもよい。要するに、楕円鏡111を、少なくとも垂直方向の走査を行う走査光学系として用いればよく(以下の説明においても同じ)、この垂直方向の走査は、回動機構513を、これまで説明した操作者の操作による回動に代えて、不図示のモータによって回動させることにより行われる。
For example, when the projector projects obliquely from below on a vertical screen, if the angular velocity of vertical scanning is constant, the scanning line interval increases as the projection position goes upward. It is preferable to increase the irradiation area of the emitted light so that thick emitted light can be output. The
なお、図4では、スクリーン55を第1焦点f2と第2焦点f2の間に配置したが、スクリーン55は、楕円鏡111で反射された光(集束光)L82,92の進行方向に見て第2焦点f2よりも下流側に設けてもよい。スクリーンを下流側に設けた場合であっても、上述と同じく、楕円鏡111の回動に応じた照射面積の調整が可能である。
In FIG. 4, the
第3実施形態の光学ユニット51では、第2焦点f2に向けて集束しようとする光L82,92を利用しており、これらの光L82,92は集束光として整った光である。また、これらの光(集束光)L82,92の照射面積を変えて出力することができる。
In the
図5は、本発明の光学ユニットの第4実施形態を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing a fourth embodiment of the optical unit of the present invention.
図5に示す光学ユニット61も、プロジェクタ60の出力ユニットとして組み込まれたものであり、楕円鏡111を、少なくとも垂直方向の走査を行う走査光学系として用いる。すなわち、このプロジェクタ60でも、出力光の、水平方向の走査と垂直方向の走査が行われ、水平方向に走査された出力光(水平走査線)を垂直方向に複数段出力する。楕円鏡111は、その第1焦点f1を回動中心にして回動する。一方、光源ユニット21は、固定配置されたものであり、ピンホール110は楕円鏡111の第1焦点f1に一致した状態を維持する。この図5に示された光源ユニット21は、楕円鏡111の上方に配置されており、ピンホール110を通過して楕円鏡111に到達するまでの拡散光の進む方向は上から下への一定方向(所定方向)である。また、図5にも、第1の位置にある楕円鏡111と第2の位置にある楕円鏡111が示されている。この図5では、第1の位置は、楕円鏡の第1焦点f1と第2焦点f2が水平になる位置であり、第2の位置は、第1焦点f1に比べて第2焦点f2が図の上方になる位置である。図5に示すように、楕円鏡111が第1の位置にあるときと、第2の位置にあるときでは、ピンホール110を通過した光(拡散光)が楕円鏡111に当たる位置が異なる。
The
また、このプロジェクタ60は、水平走査線の間隔(水平方向に走査された出力光が垂直方向に隣り合う間隔)を調整することができる。すなわち、楕円鏡111を垂直方向に回動(図中の矢印参照)させるモータ(不図示)を電気的に制御し、楕円鏡111の回動速度をゆるめれば、水平走査線の間隔は密になる(狭くなる)。また、垂直走査の角速度一定で発光間隔の制御により走査線の間隔を調整する場合には、水平走査速度も対応させて制御すればよい。具体的には、投影位置が上に向かうほど水平走査の速度を速くし、同時に発光ダイオード211(所定の光源)の発光間隔(水平走査線を次の水平走査線に切り替えるために発光ダイオード211が消灯している時間)を短くすればよい。これらの制御は、プロジェクタ60が備える制御部617によって行われ、上述の、投影位置が上に向かうほど走査線の間隔が拡がるといった問題が解消される。
Further, the
また、図5には、楕円鏡111をその第1焦点f1を回動中心にして回動させたときの、第2焦点f2の軌跡T1を示している。スクリーンへの照射面積を均一にするには、スクリーンを、その軌跡T1を基準に配置すればよい。スクリーンを、この軌跡T1によって示される円弧上に配置すれば、照射面積が均一かつ最小になる。また、スクリーンの配置位置は軌跡T1によって示される円弧上に限られない。
FIG. 5 shows a trajectory T1 of the second focal point f2 when the
なお、第3実施形態および第4実施形態では、発光ダイオード211から発せられた拡散光に由来する光をピンホール110に集束させる例を示したが、ピンホール110の位置に点光源(例えば、直径0.5mm程度の発光ダイオード)を設けてもよい。
In the third embodiment and the fourth embodiment, an example in which light derived from diffused light emitted from the
図6は、第1焦点を回動中心にして回動する楕円鏡で反射され第2焦点に向かう光の照射面積が均一になる位置を示す図である。 FIG. 6 is a diagram showing a position where the irradiation area of light reflected by the ellipsoidal mirror that rotates around the first focal point and toward the second focal point becomes uniform.
この図6では、図を見やすくするために楕円鏡や光源ユニットを図示省略してあるが、楕円鏡は短半径が短い扁平なものである、また、光学ユニットは楕円鏡の上方に固定配置されたものであり、ピンホール110は楕円鏡の第1焦点f1に一致した状態を維持する。ピンホール110を通過して拡散光になった光の進む方向は上から斜め下への一定方向である。この図6では、その一定方向を矢印で示すが、この一定方向は、紙面手前側上方から紙面奥側下方に向かう所定方向、あるいは紙面奥側上方から紙面手前側下方に向かう所定方向である。楕円鏡の第1焦点f1と第2焦点f2が水平になる場合の第2焦点f2の位置を、時計の短針が3時を示すときの位置として3時の位置と称すれば、ピンホール110を通過して拡散光になった光は、6時の位置に向けて進むことになる。なお、6時
の位置に照射される光は、楕円鏡で反射された光ではなく、ピンホール110を通過したままの拡散光Dである。以下、同様にして○時の位置と称することがある。In FIG. 6, the elliptical mirror and the light source unit are omitted for the sake of clarity, but the elliptical mirror has a flat shape with a short short radius, and the optical unit is fixedly disposed above the elliptical mirror. In other words, the
ここで、第1焦点f1を通過して拡散光になった光の拡がる角度が十分に小さい角度であるとすると、楕円鏡で反射され第2焦点に向かう光の照射面積は、図6に示す各円ごとに各円の円周上で均一になる。図6では、第1焦点f1を回動中心にして楕円鏡を回動させたときの第2焦点の軌跡T1が基準真円C1の円周で示されている。また、図6には、この基準真円C1の円周よりも第1焦点側(内側)に4つの円C2〜C5が示されている。これら4つの円C2〜C5は、基準真円C1に6時の位置で内接している。 Here, assuming that the angle at which the light that has passed through the first focal point f1 and becomes diffused light is sufficiently small, the irradiation area of the light reflected by the elliptical mirror and directed toward the second focal point is shown in FIG. Each circle is uniform on the circumference of each circle. In FIG. 6, the locus T1 of the second focus when the elliptical mirror is rotated with the first focus f1 as the rotation center is indicated by the circumference of the reference perfect circle C1. In FIG. 6, four circles C2 to C5 are shown on the first focal side (inside) from the circumference of the reference perfect circle C1. These four circles C2 to C5 are inscribed in the reference perfect circle C1 at the 6 o'clock position.
なお、図6に示す例は、あくまで、第1焦点f1を通過して拡散光になった光の拡がる角度が十分に小さい角度である理想的な例であり、実際は、その光は数十度程度に拡がるため、照射面積が等しくなる位置をつないでいった曲線は円C2〜C5の円周とは異なる曲線になる。 Note that the example shown in FIG. 6 is an ideal example in which the spread angle of light that has passed through the first focal point f1 and becomes diffuse light is an angle that is sufficiently small. In fact, the light is several tens of degrees. Since it spreads to the extent, the curve connecting the positions where the irradiation areas are equal becomes a curve different from the circumference of the circles C2 to C5.
図7は、第1焦点f1を通過して拡散光になった光の拡がる角度が数十度程度に拡がった場合の、照射面積が等しくなる位置を表す図である。 FIG. 7 is a diagram showing the positions where the irradiation areas are equal when the spread angle of the light that has passed through the first focus f1 and becomes diffused light has spread to about several tens of degrees.
図7に示す例では、照射面積を大きく示すために、楕円鏡(不図示)は短半径がある程度長いものを使用している。この図7でも、第1焦点f1を回動中心にして楕円鏡を回動させたときの第2焦点の軌跡T1が基準真円C1の円周で示されている。また、図7では、短い太線が照射面積を表し、いずれの太線も同じ長さに示されており、太線がそれぞれ示された位置では照射面積が等しいことがわかる。これらの太線に外接する曲線は、図6に示す円C3やC4の円周とは異なる曲線になる。なお、基準真円C1の円周に近づくほど、曲線の形状は円に近くなる。したがって、照射面積が等しくなる位置を結ぶ曲線は、基準真円C1の円周を基準に描かれるということができる。 In the example shown in FIG. 7, an elliptical mirror (not shown) having a short radius is used to some extent in order to show a large irradiation area. Also in FIG. 7, the locus T1 of the second focus when the elliptical mirror is rotated with the first focus f1 as the rotation center is indicated by the circumference of the reference perfect circle C1. Moreover, in FIG. 7, the short thick line represents the irradiation area, and all the thick lines are shown to have the same length, and it can be seen that the irradiation areas are equal at the positions where the thick lines are shown. Curves circumscribing these thick lines are different from the circumferences of the circles C3 and C4 shown in FIG. Note that the closer to the circumference of the reference perfect circle C1, the closer the shape of the curve is to a circle. Therefore, it can be said that the curve connecting the positions where the irradiation areas are equal is drawn based on the circumference of the reference perfect circle C1.
図8は、スクリーンの上と下とで照射面積が等しくなる位置にスクリーンを配置することを説明するための図である。 FIG. 8 is a diagram for explaining that the screen is arranged at a position where the irradiation area is equal between the top and bottom of the screen.
ここでは、照射面積が等しくなる位置を結んだ曲線に外接するように、スクリーンを配置する。図8に示す基準真円C1の円周に外接したスクリーン5501,5511,5521,5531,5541は、楕円鏡の、各時の位置の方向へ延びる回転軸R1(図1参照)に直交し、かつ基準真円C1の接線上に配置されたものである。
Here, the screen is arranged so as to circumscribe a curve connecting positions where the irradiation areas are equal.
また、基準真円C1の円周上では照射面積が最小になり、表示する画像を構成する画素の大きさも最小になる。したがって、基準真円C1の円周上で最も高精細な表示が行われる。図8では、同じ画素数の画像をスクリーン全域に表示することにし、画素の大きさ(照射面積の大きさ)に応じてスクリーンサイズを異ならせている。そのため、基準真円C1の円周から離れるにつれてスクリーンサイズは大きくなっている。 Further, the irradiation area is minimized on the circumference of the reference perfect circle C1, and the size of the pixels constituting the image to be displayed is also minimized. Therefore, the highest-definition display is performed on the circumference of the reference perfect circle C1. In FIG. 8, an image having the same number of pixels is displayed over the entire screen, and the screen size is varied according to the size of the pixel (the size of the irradiation area). For this reason, the screen size increases as the distance from the circumference of the reference perfect circle C1 increases.
図8には、12時の位置に配置されたスクリーン5501〜5503、1時の位置に配置されたスクリーン5511〜5514、2時の位置に配置されたスクリーン5521〜5525、3時の位置に配置されたスクリーン5531〜5535、および4時の位置に配置されたスクリーン5541〜5545が示されている。また、基準真円C1の円周よりも第1焦点f1とは反対側(外側)にスクリーンが、1時の位置では一つ配置され、2時〜4時の位置では二つ配置されている。
FIG. 8 shows
図9は、図8に示す複数のスクリーンをまとめて示した図である。 FIG. 9 is a diagram collectively showing a plurality of screens shown in FIG.
図9(a)は、図8に示す総てのスクリーン5501〜5545を、楕円鏡111の第1焦点f1と第2焦点f2を結ぶ回転軸R1(長軸)が重なるようにまとめて示した図である。この回転軸R1は、垂直の走査方向の中心線になる。例えば、図8に示す12時の位置にまとめて示すとすると、1時、2時、3時および4時の位置それぞれに示されたスクリーンは回転した状態で示されることになる。図9(a)では、基準真円C1の円周上に配置されたスクリーン5501,5511,5521,5531,5541は、1箇所(出射光の光軸が基準真円C1の円周に交わる箇所)に重なって表示されている。これらのスクリーン5501,5511,5521,5531,5541は、表示する画像を構成する画素の大きさが最も小さくなるスクリーンである。この図9では、その画素の大きさを大・中・小の3段階に分類し、同図(a)では、その画素の大きさが小サイズになるスクリーンの設置領域SSを2点鎖線で囲んでいる。
FIG. 9A shows all the
図9(b)では、表示する画像を構成する画素の大きさが中サイズになるスクリーンの設置領域SMを2点鎖線で囲んでいる。 In FIG. 9B, the screen installation area SM in which the size of the pixels constituting the image to be displayed is medium is surrounded by a two-dot chain line.
図9(c)では、表示する画像を構成する画素の大きさが大サイズになるスクリーンの設置領域SLを2点鎖線で囲んでいる。 In FIG. 9C, the screen installation area SL where the size of the pixels constituting the image to be displayed is large is surrounded by a two-dot chain line.
図9(a)〜(c)に示すように、画素の大きさが同程度(大・中・小)のスクリーンは、それぞれまとまった領域に収まっている。また、それぞれの設置領域SS,SM,SL内では、スクリーンの傾きは似たような傾きになっている。 As shown in FIGS. 9A to 9C, screens having the same pixel size (large, medium, and small) are contained in a grouped area. In addition, in each installation area SS, SM, and SL, the screen has a similar inclination.
図10は、本発明の光学ユニットの第5実施形態を示す図である。 FIG. 10 is a diagram showing a fifth embodiment of the optical unit of the present invention.
図10に示す光学ユニット71には、フルカラー表示が可能な光源ユニット29が組み込まれている。この光源ユニット29は、赤色の発光ダイオード281Rを有する光源28と、緑色の発光ダイオード281Gを有する光源28と、青色の発光ダイオード281Bを有する光源28が設けられている。各光源28は、所定の色の発光ダイオード281と、集光部材になる楕円鏡(部分楕円鏡)282を有する。各色の発光ダイオード281R,281G,281Bはそれぞれの楕円鏡282の第1焦点の位置に設けられている。また、それらの楕円鏡282の第2焦点fbは、互いに一致している。各色の発光ダイオード281R,281G,281Bから発せられた光は、それぞれの楕円鏡282で反射され、楕円鏡282の第2焦点fbに鋭い角度で集束する。図10に示す光源ユニット29では楕円鏡282の第2焦点fbがピンホール110に相当し、この光源ユニット29は、ピンホール110に集束する光を発するものである。
The
また、図10に示す光学ユニット71は、光源ユニット29の楕円鏡282とは別に、その光源ユニット29からの光を反射する楕円鏡111を有する。以下、光源ユニット29の各色の発光ダイオード281R,281G,281Bそれぞれの楕円鏡282を光源側楕円鏡282と称し、その光源ユニット29からの光を反射する楕円鏡111を走査側楕円鏡111と称して、両者を区別する。光源側楕円鏡282の第2焦点fbは、走査側楕円鏡111の第1焦点f1に一致している。
The
第5実施形態における光学ユニット71では、図8に示す12時の位置にスクリーンが垂直に置かれることをデフォルトとして扱う。すなわち、走査側楕円鏡111の第1焦点f1を基準にして走査側楕円鏡111とは反対側になる第2焦点f2側に各色の発光ダイオード281R,281G,281Bが配置され、その反対側にスクリーンも垂直に配置されることをデフォルトとして扱う。言い換えれば、図10では、ピンホール110を通過して走査側楕円鏡111に到達するまでの拡散光の進む方向(拡散光の光軸の方向)は右側から左側へ向かう水平方向であり、スクリーンは、その水平方向の右端に垂直に置かれることをデフォルトとして扱う。図10(a)には、図8に示す12時の位置に垂直に置かれたスクリーン5502が示されている。この図に示す光学ユニット71では、走査側楕円鏡111の第1焦点f1と第2焦点f2を結ぶ回転軸R1(図1参照)は水平方向に延び、その回転軸R1に直交するようにスクリーン5502が配置されている。上述のごとく、この回転軸R1は走査方向(垂直方向)の中心線になる。なお、光源ユニット29は、その回転軸R1を含む水平面の中で回転軸R1を避けた位置に斜めに配置されている。すなわち、図10に示す光源ユニット29は、紙面手前側から奥側に向かう斜めの方向、あるいは紙面奥側から手前側に向かう斜めの方向に設けられている。
In the
光学ユニット71は、走査側楕円鏡111の第1焦点f1と第2焦点f2を結ぶ回転軸Rが、スクリーンの中心を通りかつそのスクリーンに対して垂直になるように設置すればよい。図10(a)に示す走査側楕円鏡111の姿勢は初期姿勢であり、その初期姿勢は、上記回転軸R1およびピンホール110を通過してきた拡散光の光軸が同一水平面上に位置し回転軸R1がスクリーンの中心点を通るように配置された姿勢である。
The
本実施形態の光学ユニット71では、走査側楕円鏡111はその第1焦点f1を回動中心にして不図示のモータによって回動する。
In the
図10(a)に示す光学ユニット71では、光源ユニット29を固定し、走査側楕円鏡111をその第1焦点f1を回動中心にして回動させて垂直方向の走査を行う。すなわち、走査側楕円鏡111は、不図示のモータによって図10(a)に示す矢印の方向に回動する。走査側楕円鏡111が回動することによって、光源側楕円鏡282の第2焦点fb(ピンホール110)を通過した光(拡散光)が走査側楕円鏡111に当たる位置は変化する。すなわち、光源側楕円鏡282の第2焦点fb(ピンホール110)を通過して走査側楕円鏡111に到達するまでの拡散光の光軸にピンホール110で交わる回動軸(図10(a)ではピンホール110を通り、紙面に対して垂直な軸)を回動中心にして走査側楕円鏡111を回動させることで、走査側楕円鏡111の第1焦点f1がピンホール110に一致した状態を保ったまま、ピンホール110を通過してきた光が走査側楕円鏡111に当たる走査側楕円鏡111上の位置を調整する。したがって、走査側楕円鏡111を回動させる手段が、本発明の第2の光学ユニットにおける調整手段の一例に相当する。
In the
また、光源ユニット29は、走査側楕円鏡111における反射領域の位置調整のため、光源側楕円鏡282の第2焦点fb(ピンホール110)を走査側楕円鏡111の第1焦点f1に一致した状態を保ったまま、その第2焦点fbを回動中心にして回動させることができる。ここでの回動は、手動による回動であっても、不図示のモータによる回動であってもよい。
Further, the
図10(b)に示す光学ユニット71では、光源ユニット29における各光源28が、互いの位置関係が変わらないように結合されており、一体となって図10(b)に示す矢印の方向に回動する。したがって、互いに一致した光源側楕円鏡282の第2焦点fbがずれることはない。光源側楕円鏡282の第2焦点fb(ピンホール110)を通過した光の進む方向(拡散光の光軸の方向)は、光源ユニット29の回動により変化し、その拡散光が楕円鏡111に当たる位置(反射領域)も変化する。したがって、光源ユニット29を回動させる手段は、本発明の第1の光学ユニットにおける調整手段の一例に相当するとともに、第2の調整手段の一例にも相当する。
In the
例えば、スクリーンが、図8に示す12時の位置に置かれなかったり、走査側楕円鏡111の回転軸R1に対して垂直に置かれなかった場合、すなわち走査側楕円鏡111が上述の初期姿勢をとれない場合には、図9にそれぞれ示すスクリーンと、走査側楕円鏡111の回転軸R1との関係から、まず、光学ユニット71の垂直方向の設置角度を調整する。次いで、スクリーンの上部と下部それぞれで表示する画像の画素の大きさが均一になるように、光源ユニット29を回動させ、ピンホール110を通過して走査側楕円鏡111に到達するまでの拡散光の進む方向を調整する。
For example, when the screen is not placed at the 12 o'clock position shown in FIG. 8 or is not placed perpendicular to the rotation axis R1 of the scanning-side
スクリーンの傾きについてさらに詳細に説明すると、スクリーンが、図6等に示す基準真円C1よりも光学ユニット71に近い側(内側)にあり、反時計回りの方向に回動している場合(図9に示すスクリーン5532やスクリーン5533など)には、光源ユニット29を、時計回りに下方に回動させる。図10(b)に示す走査側楕円鏡111の回転軸R1(図9参照)の方向を12時の位置とすると、光源ユニット29を、1時から4時の方向に回動させて、画素の大きさが均一になる位置で光源ユニット29を固定する。一方、スクリーンが基準真円C1よりも光学ユニット71に近い内側にあり、時計回りの方向に回動している場合には、光源ユニット29を、反時計回りに上方に回動させる。すなわち、光源ユニット29を、8時から11時の方向に回動させて、同じように、画素の大きさが均一になる位置で光源ユニット29を固定する。また、スクリーンが基準真円C1よりも光学ユニット71から離れた外側にある場合には、内側にある場合と逆の調整を行えばよい。
The screen tilt will be described in more detail. When the screen is closer to the optical unit 71 (inner side) than the reference perfect circle C1 shown in FIG. 9), the
こうして、スクリーンに表示する画像の画素の大きさが均一になるように光源ユニット29の調整を行う。調整を終えた光源ユニット29はフレーム等に固定され、その光源ユニット29の、走査側楕円鏡111に対する相対的な向き(姿勢)が決定される。その上で、図10(a)に示すように、走査側楕円鏡111をその第1焦点f1を回動中心にして回動させて垂直方向の走査を行う。すなわち、向き(姿勢)が固定された光源ユニット29に対して、走査側楕円鏡111をその第1焦点f1を回動中心にして回動させる。こうすることで、所望の照射面積に調整した後に、その照射面積を変えずに出射光(反射光)の向きを変えることができる。
In this way, the
また、スクリーンと走査楕円鏡の位置関係(設置)の自由度を増して利便性を向上するために、ピンホール110を通過した光が走査側楕円鏡111の所定の位置に常に当たるようにすることもできる。この場合には光源ユニット29を、フレームに対してではなく走査楕円鏡111に対して所定の固定部材(不図示)で固定して、双方の位置関係を維持したまま、双方を回動させる。すなわち、その光源ユニット29の、走査側楕円鏡111に対する向き(姿勢)を維持させる。その結果、ピンホール110を通過した光は走査側楕円鏡111の所定の位置に常に当たるようになる。その上で、光源ユニット29とともに走査側楕円鏡111をその第1焦点f1を回動中心にして回動させて垂直方向の走査を行う。ここにいう所定の固定部材と、光源ユニット29とともに走査側楕円鏡111を回動させる手段を併せたものが、本発明にいう方向変更手段の一例に相当する。さらに、走査側楕円鏡111と光源ユニット29との双方を回動させるにあたり、光源ユニット29を高速で回動させることが困難な場合には、図3に示す平面鏡400を用いればよい。
In addition, in order to increase the degree of freedom of the positional relationship (installation) between the screen and the scanning elliptical mirror and improve convenience, the light that has passed through the
図11は、走査側楕円鏡111の第1焦点f1に一致した、光源側楕円鏡282の第2焦点fb(ピンホール110)の位置に、その第2焦点fbを回動中心にして回動する平面鏡400を設けた例を示す平面図である。この図11では、光学ユニット75が組み込まれたプロジェクタ65を真上から見た様子を模式的に示している。
FIG. 11 shows the second focal point fb of the light source side
図11に示すプロジェクタ65では、まず、スクリーン55の上と下とで画素の大きさが均一になるように平面鏡400を軸R3を回動中心にして回動させ、平面鏡400の、楕円鏡111に対する向きを調整する。次いで、光源ユニット29を固定した状態で、走査側楕円鏡111をその第1焦点f1を通る軸R3を回動中心にして回動させて垂直方向の走査を行うとともに、ピンホール110を通過してきた光が走査側楕円鏡111上の同じ位置に当たるようにその走査側楕円鏡に追従させて、平面鏡400も調整を終えた位置から軸R3を回動中心にして回動させる。このときの、走査側楕円鏡111および平面鏡400は、不図示のモータによって回動させる。このモータは共通のものであって、ギア比によって、平面鏡400を、走査側楕円鏡111の回動速度(角速度)の1/2の回動速度(角速度)で回動させる。平面鏡400と上記モータは、本発明にいう方向変更手段の一例に相当する。なお、走査側楕円鏡111を回動させるモータと平面鏡400を回動させるモータとを別々に設け、両モータを電気的に制御して、走査側楕円鏡111を回動させるモータの角速度の1/2の角速度で平面鏡400を回動させるモータを回転させるようにしてもよい。すなわち、走査側楕円鏡111と平面鏡400は速度差をもって回動する。
In the
また、図11には、走査側楕円鏡111の反射領域とその楕円鏡111の第2焦点f2との間に、水平方向走査用光学部材の一例としてポリゴンミラー651が示されている。走査側楕円鏡111の反射領域で反射された光は、このポリゴンミラー651によって水平方向に走査される。ポリゴンミラー651で走査された光は、スクリーン55に照射される。なお、ポリゴンミラー651を省略し、走査側楕円鏡111によって水平方向の走査を行うようにして反射回数を減少させてもよいが、ポリゴンミラーを用いた方がスクリーンに映し出された画像の形は矩形に近くなる。
Further, FIG. 11 shows a
こうして、図11に示すプロジェクタ65では、大掛かりな駆動機構を必要とせずに、走査側楕円鏡111で垂直方向の走査を行い、ポリゴンミラー651で水平方向の走査を行って、スクリーン55の上と下で画素の大きさが均一な画像が、そのスクリーン55に表示される。
Thus, the
以上説明した図11に示すプロジェクタ65は、水平方向と垂直方向それぞれに複数個ずつ配列された画素によって構成された画像を表す画像データに基づいて画素に応じた光を、垂直方向に走査するとともに水平方向にも走査しながら照射するプロジェクタにおいて、光源ユニットと、前記光源ユニットから発せられた光に由来する光が集束する所定点と、所定の第1回転軸を中心にして楕円を回転させたときにできる楕円体の内周面の一部又は全部によって構成され該第1回転軸上に走査側第1焦点および走査側第2焦点を有し、該走査側第1焦点が前記所定点に一致し、該所定点を通過してきた光を反射する走査側楕円鏡と、前記所定点に設けられ該所定点の位置を回動中心にして回動することで前記走査側楕円鏡に対する向きを調整可能な、該所定点に集束する光を反射する反射部材と、前記画像データに基づいて画素に応じた光を水平方向に走査する水平方向走査機構と、前記走査側楕円鏡を前記走査側第1焦点を回動中心にして垂直方向に回動する垂直方向走査用回動機構と、前記反射部材を前記所定点の位置を回動中心にして、前記所定点を通過してきた光が回動する前記走査側楕円鏡上の同じ位置に当たるように、回動する該走査側楕円鏡と所定の速度差をもって回動する追従回動機構とを備えたことを特徴とするプロジェクタ。であるといえる。
The
また、より具体的にいえば、前記水平方向走査機構は、前記走査側楕円鏡を前記走査側第1焦点を回動中心にして水平方向に回動する機構であってもよいが、前記走査側楕円鏡上の前記位置と該走査側楕円鏡の走査側第2焦点との間に設けられた水平方向走査用光学部材であってもよい。 More specifically, the horizontal scanning mechanism may be a mechanism that rotates the scanning-side elliptical mirror in the horizontal direction about the scanning-side first focus as the rotation center. It may be a horizontal scanning optical member provided between the position on the side elliptical mirror and the scanning side second focal point of the scanning side elliptical mirror.
また、前記光源ユニットが、所定の第2回転軸を中心にして楕円を回転させたときにできる楕円体の内周面の一部又は全部によって構成され該第2回転軸上に光源側第1焦点および光源側第2焦点を有する光源側楕円鏡と、前記光源側第1焦点の位置に配置され前記光源側楕円鏡に向けて光を発する光源と備え、前記光源側楕円鏡は、前記光源側第2焦点が前記走査側第1焦点に一致するように配置されたものであってもよい。 Further, the light source unit is constituted by a part or all of the inner peripheral surface of an ellipsoid formed when the ellipse is rotated around a predetermined second rotation axis, and the light source side first on the second rotation axis. A light source side elliptical mirror having a focal point and a light source side second focal point; and a light source arranged at the position of the light source side first focal point to emit light toward the light source side elliptical mirror, The second side focal point may be disposed so as to coincide with the scanning side first focal point.
また、前記反射部材が、平面鏡であってもよく、さらに、水平方向走査用光学部材が、ポリゴンミラーであってもよい。 The reflecting member may be a plane mirror, and the horizontal scanning optical member may be a polygon mirror.
また、前記垂直方向走査用回動機構は、前記走査側楕円鏡を所定の角速度で回動するものであり、前記追従回動機構は、前記反射部材を前記所定の角速度の1/2の角速度で回動するものであってもよい。 The vertical scanning rotation mechanism rotates the scanning-side elliptical mirror at a predetermined angular velocity, and the follow-up rotation mechanism rotates the reflecting member at an angular velocity that is ½ of the predetermined angular velocity. It may be the one that rotates.
図1〜図3を用いて説明した光学ユニット11,31,41はいずれも、平行光を出力するものであり、図4、図5および図10を用いて説明した光源ユニット51,61,71は、集束光を出力するものであったが、いずれの光学ユニットからも、整った光が出力される。ここに言う“整った光”とは、光学ユニットからの距離が異なっても、互いに平行な切断面によってできる断面形状が不変の平行光または集束光のことを意味する。背景技術の欄で説明した特許文献2に記載の光学ユニットでは、照射面積(断面積)を変えると断面形状が光学ユニットからの距離により不定になってしまうが、本実施形態におけるいずれの光学ユニット11,31,41,51,61,71も、光学ユニットからの距離が変わっても断面形状が変化しない光束(出力光)の断面積(太さ)を連続的に変えて出力することができる。なお、厳密にいえば、照射面積(断面積)を変えると光束(出力光)の断面形状が変化する。上述の“断面形状が変化しない”とは、照射面積(断面積)を変えていない間(照射面積一定の間)に光学ユニットからの距離を変えてどこで切っても断面形状は同じであるということを意味する。ただし、照射面積(断面積)を変えると光束(出力光)の断面形状が変化しても、断面形状はほぼ円形の場合が多いので実用上はさほど問題にはならない。
The
図12は、本発明の光学ユニットの第6実施形態を示す図である。 FIG. 12 is a diagram showing a sixth embodiment of the optical unit of the present invention.
図12に示す光学ユニット81は、図4に示す光学ユニット51の、楕円鏡111と第2焦点f2との間に、光学部材810を配置したものである。なお、この図12では、スクリーンを図示省略してある。光学部材810は、凸レンズであり、ピンホール110を通過して楕円鏡111に向かう拡散光の光路を避けて、第1焦点f1と第2焦点f2との間で第2焦点f2に対して接離自在なものである。すなわち、図12に示す光学部材810は、図の左右方向に動かすことができる。図12では、右側に移動した光学部材810を2点鎖線で示している。この光学部材810は、本来、第2焦点f2に集束する楕円鏡111で反射された光を、第2焦点f2よりも手前に集束させることができる。このように、光学部材810を第1焦点f1と第2焦点f2との間に設け、その間で光学部材810を移動させることで、固定設置されたスクリーンに表示される画像の画素の大きさを変更することができる。
An
また、光学部材810は、凸レンズに限らず、凹レンズ等の屈折部材であってもよい。光学部材810として焦点距離を調整した凹レンズを用いた場合には、楕円鏡111で反射された光を、第2焦点f2よりも遠くに集束させることができる。
The
次に、光路補正部材について説明する。これまで説明してきた光源ユニット21,29では、集光部材212あるいは光源側楕円鏡282によって、ピンホール110に集束させるが、実際には、そのピンホール110に集束しきれない光が生じる。ここで説明する光路補正部材は、十分小さなピンホールを通った光のように、ピンホールを通った光の進路を補正する。
Next, the optical path correction member will be described. In the
図13は、光路補正部材の正面図であり、図14は、図13に示す光路補正部材のA−A’断面図である。 FIG. 13 is a front view of the optical path correction member, and FIG. 14 is a cross-sectional view taken along line A-A ′ of the optical path correction member shown in FIG. 13.
図13及び図14に示す光路補正部材91は、これまで説明してきた光学ユニットのピンホール110と光学ユニットの楕円鏡111との間に配置されるものである。
The optical
図13及び図14に示す光路補正部材91は、内側反射鏡911、外側反射鏡912、中央レンズ913、および外周レンズ914を有する。内側反射鏡911は、入射口911aと出射口911bを有する。なお、図13では、出射口911bが紙面手前になっている。図14に示すように、入射口911aは、ピンホール110の位置に設けられたものである。また、入射口911aと出射口911bの間に楕円鏡111の第1焦点f1が位置している。内側反射鏡911は、その入射口911aからその出射口911bに向けて漸次拡径し、内周面9111が入射口911aから入射した光を反射するともに外周面9112も光を反射するものである。
The optical
外側反射鏡912は、入射側開口912aと出射側開口912bを有する。なお、図13では、出射側開口912bが紙面手前になっている。外側反射鏡912の内周面9121は、内側反射鏡911の外周面9112とは間隔をあけてその外周面9112を取り囲むように配置されている。図14に示すように、この内周面9121は、入射側開口912aから出射側開口912bに向けて漸次拡径し、光を反射するものである。また、入射側開口912aは、内周面9121と内側反射鏡911における入射口911aとの間に位置する環状の開口である。一方、出射側開口912bは、内周面9121と内側反射鏡911における出射口911bとの間に位置する環状の開口である。
The outer reflecting
中央レンズ913は、内側反射鏡911の出射口911bを覆う凹レンズである。一方、外周レンズ914は、外側反射鏡912の出射側開口912bを覆う凹レンズであり、中央レンズ913よりも焦点距離が短い。さらに外周レンズ914は、単に通常のレンズの外縁部のみを切り出しただけの単純な形状であっても一定の効果を得ることはできるが、内周部から外縁部に向かうにしたがって図13の紙面手前の方向への傾きを持つシャンプーハット状(裾野状)とすることがより望ましい。すなわち、図14に示すように、外周レンズ914は、外側に向かうほど入射側開口912aから離れるように傾いて配置されたレンズである。
The
図14に示すピンホール110を面積が0に限りなく近い一点として見た場合に、光源211,281R,281G,281Bから発せられた拡散光をその一点に集束しようとしても、実際は、ある程度の面積をもった領域にしか光を集束させることができない。図14には、その領域が“実際の集束領域”として示されており、その領域に含まれる、面積が0に限りなく近い第2ピンホール110’および第3ピンホール110’’も示されている。さらに、楕円鏡111の第1焦点f1を含む領域が“見かけ上の集束領域”として示されている。
When the
中央レンズ913である凹レンズは光を拡げる働きがあり、この中央レンズ913の作用によって図14に示すピンホール110を通った光はあたかも焦点1110を通った光であるかのごとき進路を進み、楕円鏡111へと向かう。その楕円鏡111から見ると、集束領域の大きさはあたかも“実際の集束領域”よりも小さな“見かけ上の集束領域”の大きさに見える。そこで、この光路補正部材91では、集束領域はこの“見かけ上の集束領域”になり、光源211,281R,281G,281Bから発せられた拡散光が集束する、面積が0に限りなく近い一点(理想的な集束点)に、楕円鏡111の第1焦点f1を一致させている。すなわち、実際には、面積の大きな集束領域を通ってきた光が、楕円鏡111から見て“見かけ上の集束領域”といった面積の小さな領域を通ってきたように見えるため、図14に示す光路補正部材91を用いることにより、“見かけ上の集束領域”を小さくすることができる。
The concave lens, which is the
しかしながら、図14に示す第2ピンホール110’や第3ピンホール110’’を通ってきた光はそのままでは“見かけ上の集束領域”に収まらない光である。図14に示す光路補正部材91では、これらの光の進路を外周レンズ914によって補正する。外周レンズ914は、レンズの厚さを選択することによりその焦点距離を調節してあり、光を屈折させて第2ピンホール110’や第3ピンホール110’’を通ってきた光が楕円鏡111から見てあたかもその楕円鏡111の第1焦点f1からきた光であるかのように、光の進み方を変更する。
However, the light passing through the
図14に示す光路補正部材91では、“実際の集束領域”の内側の光(入射口911aを通過する光)の集束点と、“実際の集束領域”の外側の光(入射側開口912aを通過する光)の集束点とを一致させている。こうすることで、光路補正部材91に入射した光の大部分は光路範囲1〜光路範囲3を進む光へと光路補正される。この結果、本来、楕円鏡111では、ピンホール110という1点を通った一部の光しか整った光として出力することができなかったが、この光路補正部材91を配置することによって、内側反射鏡911の入射口911aから入射した光、および外側反射鏡912の入射側開口912aから入射した光の大部分を整った光として出力することができる。
In the optical
なお、中央レンズ913および外周レンズ914は、実際の集束領域の大きさや、光の集束する角度等の状況に応じて屈折の度合い(屈折率や形状)等について最適な設計を行うが、中央レンズ913または外周レンズ914のどちらか一方を省略してもよい。レンズを省略した方では、焦点距離無限大のレンズがあることと同等になる。さらに、中央レンズ913および外周レンズ914は、凸レンズであってもよい。
The
最後に、本発明に関係することについて付記する。参考までに、かっこ内に、これまで説明した構成要素のうちの対応する構成要素に付した符号を示す。 Lastly, it is noted that it relates to the present invention. For reference, reference numerals attached to corresponding components among the components described so far are shown in parentheses.
[付記1]
光源(211)から発せられた光に由来する平行光(L14,L24,L34)を出力する平行光出力ユニット(11)において、
前記光源(211)から発せられた光に由来する光(L12,L22,L32)が集束する所定点(f2)と、
入射した平行光が反射あるいは屈折して集束する集束点(f3)が前記所定点(f2)に一致し、該所定点(f2)を通過してきた光を反射あるいは屈折させて平行光を生成する光学部材(112)と、
前記所定点(f2)を通過して前記光学部材(112)に到達するまでの拡散光(L13,L23,L33)の進む方向および該拡散光(L13,L23,L33)の拡がる角度のうち少なくともいずれか一方を前記集束点(f3)と前記所定点(f2)を一致させた状態で変更する変更手段(113)とを有することを特徴とする平行光出力ユニット(11)。[Appendix 1]
In the parallel light output unit (11) that outputs parallel light (L14, L24, L34) derived from light emitted from the light source (211),
A predetermined point (f2) at which the light (L12, L22, L32) derived from the light emitted from the light source (211) converges;
The focal point (f3) where the incident parallel light is reflected or refracted and converges coincides with the predetermined point (f2), and the light passing through the predetermined point (f2) is reflected or refracted to generate parallel light. An optical member (112);
At least of the direction in which the diffused light (L13, L23, L33) travels through the predetermined point (f2) and reaches the optical member (112) and the angle at which the diffused light (L13, L23, L33) spreads A parallel light output unit (11) comprising a changing means (113) for changing either one of the focusing point (f3) and the predetermined point (f2) in a matched state.
[付記2]
また、図1に示す光学ユニット11に、図4に示す楕円鏡111を回動する回動機構513を適用してもよい。すなわち、
前記光源(211)から発せられた光に由来する光を前記所定点(f2)に集束する集光部材(111)を備え、
前記変更手段(113)が、前記集光部材(111)を前記所定点(f2)を回動中心にして回動させる移動機構(513)であることを特徴とする付記1記載の平行光出力ユニット。[Appendix 2]
Further, a
A light collecting member (111) that focuses light derived from light emitted from the light source (211) to the predetermined point (f2);
The parallel light output according to claim 1, wherein the changing means (113) is a moving mechanism (513) for rotating the light collecting member (111) about the predetermined point (f2). unit.
[付記3]
さらに、図13及び図14に示す光路補正部材91を、楕円鏡111の第2焦点f2と放物面鏡112との間に配置してもよい。すなわち、
前記所定点(f2)と前記光学部材(112)との間に光路補正部材(91)を有するものであり、
前記光路補正部材(91)が、
前記所定点(f2)の位置に設けられた入射口(911a)から出射口(911b)に向けて漸次拡径し、内周面(9111)が該入射口(911a)から入射した光を反射するともに外周面(9112)も光を反射し、該入射口(911a)と該出射口(911b)の間に前記光学部材(112)の焦点が位置した内側反射鏡(911)と、
光を反射する内周面(9121)が前記内側反射鏡(911)の外周面(9112)とは間隔をあけて該外周面(9112)を取り囲むように配置され、該内周面(9121)と該内側反射鏡(911)における入射口(911a)との間に位置する入射側開口(912a)、および該内周面(9121)と該内側反射鏡(911)における出射口(911b)との間に位置する出射側開口(912b)を有し、該内周面(9121)が該入射側開口(912a)から該出射側開口(912b)に向けて漸次拡径した外側反射鏡(912)と、
前記入射口(911a)および前記入射側開口(912a)から入射した光が、前記光学部材(112)から見て、該入射口(911a)および前記出射口(911b)の間に集束していることになるように該光に作用するレンズ(913,914)とを備えたことを特徴とする付記1記載の平行光出力ユニット。[Appendix 3]
Furthermore, the optical
An optical path correction member (91) is provided between the predetermined point (f2) and the optical member (112),
The optical path correction member (91) is
The diameter gradually increases from the entrance (911a) provided at the position of the predetermined point (f2) toward the exit (911b), and the inner peripheral surface (9111) reflects light incident from the entrance (911a). In addition, the outer peripheral surface (9112) also reflects light, and an inner reflecting mirror (911) in which the focal point of the optical member (112) is positioned between the entrance (911a) and the exit (911b),
An inner peripheral surface (9121) that reflects light is disposed so as to surround the outer peripheral surface (9112) at a distance from the outer peripheral surface (9112) of the inner reflecting mirror (911), and the inner peripheral surface (9121). And the incident side opening (912a) located between the incident port (911a) of the inner reflection mirror (911), and the emission port (911b) of the inner peripheral surface (9121) and the inner reflection mirror (911). And an outer reflecting mirror (912) whose inner peripheral surface (9121) is gradually enlarged from the incident side opening (912a) toward the emission side opening (912b). )When,
Light incident from the incident port (911a) and the incident side opening (912a) is focused between the incident port (911a) and the exit port (911b) as viewed from the optical member (112). The parallel light output unit according to appendix 1, further comprising a lens (913, 914) that acts on the light so as to be different.
[付記4]
光源から発せられた光に由来する光が集束する所定点と、
所定の回転軸を中心にして楕円を回転させたときにできる楕円体の内周面の一部又は全部によって構成され該回転軸上に第1焦点および第2焦点を有し、該第1焦点が前記所定点に一致し、該所定点を通過してきた光を反射する楕円鏡と、
前記第1焦点が前記所定点に一致した状態を保ったまま、前記所定点を通過してきた光が前記楕円鏡に当たる該楕円鏡上の位置を調整可能な調整手段とを備えたことを特徴とする光学ユニット。[Appendix 4]
A predetermined point where light derived from light emitted from a light source is focused;
A first focal point and a second focal point are formed on a part or all of an inner peripheral surface of an ellipsoid formed when an ellipse is rotated around a predetermined rotational axis, and the first focal point has the first focal point and the second focal point on the rotational axis. An elliptical mirror that matches the predetermined point and reflects light that has passed through the predetermined point;
Adjusting means capable of adjusting a position on the elliptical mirror where the light passing through the predetermined point hits the elliptical mirror while keeping the first focal point coincident with the predetermined point; Optical unit to be used.
11,31,41,51,61,71,75,81 光学ユニット
111 楕円鏡
f1 第1焦点
f2 第2焦点
112 放物面鏡
113,313 移動機構
513 回動機構
21,29 光源ユニット
400 平面鏡
60,65 プロジェクタ
55 スクリーン
810 光学部材
91 光路補正部材11, 31, 41, 51, 61, 71, 75, 81
Claims (7)
所定の回転軸を中心にして楕円を回転させたときにできる楕円体の内周面の一部又は全部によって構成され該回転軸上に第1焦点および第2焦点を有し、該第1焦点が前記所定点に一致し、該所定点を通過してきた光を反射する楕円鏡と、
前記第1焦点が前記所定点に一致した状態を保ったまま、前記所定点を通過してきた光が前記楕円鏡に当たる該楕円鏡上の位置を調整可能な調整手段とを備え、
前記調整手段が、前記所定点を通過して前記楕円鏡に到達するまでの拡散光の進む方向および該拡散光の拡がる角度のうち少なくともいずれか一方を前記第1焦点を前記所定点に一致させた状態で変更するものであることを特徴とする光学ユニット。A predetermined point at which light originating from light emitted from the light source begins to diffuse;
A first focal point and a second focal point are formed on a part or all of an inner peripheral surface of an ellipsoid formed when an ellipse is rotated around a predetermined rotational axis, and the first focal point has the first focal point and the second focal point on the rotational axis. An elliptical mirror that matches the predetermined point and reflects light that has passed through the predetermined point;
Adjustment means capable of adjusting the position on the elliptical mirror where the light passing through the predetermined point hits the elliptical mirror while maintaining the state where the first focal point coincides with the predetermined point;
The adjustment means causes the first focus to coincide with the predetermined point at least one of a traveling direction of diffused light and an angle at which the diffused light spreads through the predetermined point and reaches the elliptical mirror. An optical unit characterized in that it is changed in a state of being changed.
所定の回転軸を中心にして楕円を回転させたときにできる楕円体の内周面の一部又は全部によって構成され該回転軸上に第1焦点および第2焦点を有し、該第1焦点が前記所定点に一致し、該所定点を通過してきた光を反射する楕円鏡と、
前記第1焦点が前記所定点に一致した状態を保ったまま、前記所定点を通過してきた光が前記楕円鏡に当たる該楕円鏡上の位置を調整可能な調整手段とを備え、
前記調整手段が、前記所定点を通過して前記楕円鏡に到達するまでの拡散光の光軸に該所定点で交わる回動軸を回動中心にして前記楕円鏡を回動させるものであることを特徴とする光学ユニット。A predetermined point at which light originating from light emitted from the light source begins to diffuse;
A first focal point and a second focal point are formed on a part or all of an inner peripheral surface of an ellipsoid formed when an ellipse is rotated around a predetermined rotational axis, and the first focal point has the first focal point and the second focal point on the rotational axis. An elliptical mirror that matches the predetermined point and reflects light that has passed through the predetermined point;
Adjustment means capable of adjusting the position on the elliptical mirror where the light passing through the predetermined point hits the elliptical mirror while maintaining the state where the first focal point coincides with the predetermined point;
The adjusting means rotates the elliptical mirror about a rotational axis that intersects the optical axis of diffused light passing through the predetermined point and reaching the elliptical mirror at the predetermined point. An optical unit characterized by that.
前記光路補正部材が、
前記所定点の位置に設けられた入射口から出射口に向けて漸次拡径し、内周面が該入射口から入射した光を反射するともに外周面も光を反射し、該入射口と該出射口の間に前記楕円鏡の焦点が位置した内側反射鏡と、
光を反射する内周面が前記内側反射鏡の外周面とは間隔をあけて該外周面を取り囲むように配置され、該内周面と該内側反射鏡における入射口との間に位置する入射側開口、および該内周面と該内側反射鏡における出射口との間に位置する出射側開口を有し、該内周面が該入射側開口から該出射側開口に向けて漸次拡径した外側反射鏡と、
前記入射口および前記入射側開口から入射した光が、前記楕円鏡から見て、該入射口および前記出射口の間に集束していることになるように該光に作用するレンズとを備えたことを特徴とする請求項1から4のうちいずれか1項記載の光学ユニット。An optical path correction member is provided between the predetermined point and the elliptical mirror,
The optical path correction member is
The diameter gradually increases from the entrance provided at the position of the predetermined point toward the exit, the inner peripheral surface reflects the light incident from the entrance, and the outer peripheral surface also reflects the light. An inner reflecting mirror in which the focal point of the elliptical mirror is located between the exit ports;
An incident surface located between the inner peripheral surface and the entrance of the inner reflecting mirror is disposed so that an inner peripheral surface that reflects light surrounds the outer peripheral surface with a space from the outer peripheral surface of the inner reflecting mirror. A side opening, and an exit side opening located between the inner peripheral surface and the exit port of the inner reflecting mirror, and the inner peripheral surface gradually expands from the entrance side opening toward the exit side opening. An outer reflector,
A lens that acts on the light so that light incident from the entrance and the entrance opening is focused between the entrance and the exit as viewed from the elliptical mirror. The optical unit according to claim 1, wherein the optical unit is an optical unit.
前記スクリーンは、前記調整手段によって回動する楕円鏡の前記第2焦点の位置を基準に配置されたものであることを特徴とする請求項2記載の光学ユニット。Comprising a screen that is irradiated with light reflected by the elliptical mirror;
3. The optical unit according to claim 2, wherein the screen is arranged with reference to the position of the second focal point of the elliptical mirror that is rotated by the adjusting means.
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