CN114167670A

CN114167670A - 投影装置

Info

Publication number: CN114167670A
Application number: CN202111029895.8A
Authority: CN
Inventors: 杉山知隼
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2020-09-10
Filing date: 2021-09-03
Publication date: 2022-03-11
Anticipated expiration: 2041-09-03
Also published as: JP7192836B2; US20230251561A1; US20220075253A1; US11656543B2; JP2022045937A; JP2023029885A; US12019364B2; CN114167670B; CN117289535A

Abstract

一种投影装置，具备：光学透镜，具有光的入射面、将从上述入射面入射的光在内部反射的具有凹状的曲面的反射面、以及被上述反射面反射的光的射出面；以及光源，发出向上述光学透镜入射的光。

Description

投影装置

技术领域

本发明涉及投影装置。

背景技术

以往，有将光源发出的光向适当的方向聚光并以高指向性输出的光源装置。在投影机等任意的输出彩色图像的设备中，将多个波段的光合波而输出。在日本特开2016－57375号公报中，公开了使从蓝色波段的激光源射出的光中的一部分扩散，将其余部分通过荧光体变换为绿色波段的光之后再次合波而输出的投影机。

但是，为了向适当的方向射出光而以往使用的组合了聚光透镜及反射镜的光学***中，需要用于一边抑制扩散一边使光弯曲的空间，有难以小型化的问题。

发明内容

技术方案之一是一种投影装置，具备：光学透镜，具有光的入射面、将从上述入射面入射的光在内部反射的具有凹状的曲面的反射面、以及被上述反射面反射的光的射出面；以及光源，发出向上述光学透镜入射的光。

附图说明

图1是说明投影机的构成和光的射出路径的图。

图2A是对异形透镜进行说明的图。

图2B是对异形透镜进行说明的图。

图2C是对异形透镜进行说明的图。

图3A是对异形透镜内的光的路径进行说明的图。

图3B是对异形透镜内的光的路径进行说明的图。

具体实施方式

以下，对投影装置的一实施方式进行说明。

图1是说明本实施方式的包括光源装置的投影机1的构成和光的射出路径的图。

作为投影装置的投影机1具有激光二极管(LD11；光源部)和发光二极管(LED17)，以它们为光源而射出RGB的光。LD11发出蓝色波段的光。这里，例如排列有4个TO－CAN型的LD11，平行地射出光。LED17发出红色波段的光。绿色波段的光如后述那样基于蓝色波段的光由荧光体得到。在图1中，用实线表示蓝色波段的光路径，用单点划线表示绿色波段的光路径，用虚线表示红色波段的光路径。

各种光学设备位于光路径上。这里，在光学设备中，包括反射镜组21、聚光透镜22、聚光透镜组23、28、29、聚光透镜组25、二向色滤光器24、30、异形透镜26和反射镜27等。此外，荧光轮40位于蓝色波段的光路径上。

在二向色滤光器30将3个波段的光合波(合流)后，该光经过合流导光部50、显示元件60和投影透镜组70射出。合流导光部50使合波后的各波段的平行光反射，以适当的朝向向显示元件60引导。

显示元件60是空间光调制元件(SOM：Spatial Optical Modulator)，例如是数字微镜元件(DMD)。DMD将以阵列状排列的多个微小镜的各倾斜角度分别以高速切换，以各像素单位各图像帧单位设定向投影透镜组70的光反射的有无，从而通过其反射光形成光像。

投影透镜组70将从显示元件60射出的光像向规定的输出方向引导并射出。投影透镜组70也可以通过变更多个透镜的组合的位置关系等，来调整焦点位置、输出图像的放大率(变焦距)等。

荧光轮40是具备具有荧光体层的范围和扩散透射面的圆形金属板。在荧光体层中，如果被照射蓝色波段的光，则绿色波段的光被激励而被射出。在扩散透射面中，蓝色波段的光被扩散并且透射。荧光轮40被马达41旋转驱动。由此，基于蓝色波段的光的一部分，发出绿色波段(不同波长的)的光，该一部分以外的光直接进入扩散透射面。

扩散透射后的蓝色波段的光输入到异形透镜26，进而，经过反射镜27及聚光透镜28，穿过二向色滤光器30被向(第1导光部)合流导光部50引导。从荧光体层射出的绿色波段的光返回聚光透镜组25，被二向色滤光器24反射而透射聚光透镜29之后，被二向色滤光器30反射而向(第2导光部)合流导光部50引导。

从LED17射出的红色波段的光的扩散被聚光透镜组23收拢而穿过二向色滤光器24，接着被二向色滤光器30反射，向合流导光部50引导。

即，二向色滤光器24使蓝色和红色波段的光透射，有选择地反射绿色波段的光。二向色滤光器30有选择地使蓝色波段的光透射，反射绿色及红色波段的光。

在上述各构成中，沿着从射出蓝色波段的光的LD11到将蓝色与绿色波段的光合波的二向色滤光器30为止的蓝色波段的光及绿色波段的光的路径的各构成、特别是荧光轮40、马达41及异形透镜26包含在本实施方式的光源装置中。

接着，对本实施方式的作为光学透镜的异形透镜26进行说明。

图2A～图2B是表示异形透镜26的图。

如图2A所示，异形透镜26与其他透镜不同，入射面P1侧的光轴(入射光轴X1)和射出面P3侧的光轴(射出光轴X3)不同。这里，入射光轴X1(这里是沿着Z方向的朝向)和射出光轴X3(这里是沿着X方向的朝向)垂直。异形透镜26具有反射面P2，光轴的朝向在异形透镜26的内部在该反射面P2中变化。

如在图2B、图2C等中也表示那样，在入射面P1具有从平面突出的凸部分B(凸部)。凸部分B的表面为球面状(球冠状的立体形状)，作为凸透镜发挥功能，将入射光聚光。这里，为至少对由荧光轮40的扩散透射面一边扩散一边透射的光的扩散进行抑制的形状(曲率)。设定该凸部分B的位置及尺寸，以使来自荧光轮40的扩散透射面的蓝色波段的光大致全部向该凸部分B入射。

从入射面P1入射的光在异形透镜26的内部被反射面P2反射。反射面P2具有将二次曲线向与包含该二次曲线的面垂直的方向延展的凹状(外形为凸状)的曲面。这里，反射面P2是二次曲线柱面(二次曲面)形状。二次曲线是在与包含入射光轴X1及射出光轴X3的面(XZ面、第1面)平行的面内在荧光轮40的扩散透射面上具有焦点的形状，例如是抛物线。关于与入射光轴X1及射出光轴X3垂直的方向(Y轴方向、第1面的法线方向)，反射面P2以直线状延展。作为异形透镜26的材质的光学玻璃大致折射率为1.5左右，反射面P2根据材质而被设定角度，以使入射光的大部分被全反射，但根据光的入射方向，也有一部分被反射，所以也可以沿着反射面P2的外表面具有反射膜R。通过向入射面P1的入射角与反射面P2的位置关系及折射率，不全反射的范围可能被限制。因而，反射膜R不需要将反射面P2的外表面整面覆盖，只要设置为在该不全反射的范围中以低损失进行反射即可。通过上述反射面P2的形状，入射光在XZ面(第1面)内被向射出光轴X3方向聚光(扩散被抑制)。

凸部分B为能够使向入射面P1的入射光高效地入射到反射面P2的适当范围中的尺寸及位置。这里，凸部分B在Y方向上位于中央，并且在X方向上位于比中央靠－X侧。随之，凸部分B也可以为球冠形状中从入射面P1伸出的一部分(具体而言，以包括入射面P1的－X侧端的YZ面(与球冠形状的底面垂直的面)为边界比其靠－X侧的部分)缺少的形状。

射出面P3具有与XY面(包括第1面的法线方向的第2面)平行的截面变化为二次曲线形状、这里变化为圆状，在Z方向(第2面的法线方向)上为直线状的圆柱面形状(圆筒形状)。由此，在没有被反射面P2聚光的XY面内，被向射出光轴X3方向聚光，射出光成为平行光。这里，入射光轴X1与射出光轴X3垂直。

另外，入射面P1和射出面P3也可以具有防反射膜。防反射膜也可以是周知的涂层膜。

图3A、图3B是对异形透镜26内的光的路径进行说明的图。图3A是说明XZ面内的路径的图，图3B是说明XY面内的光的路径的图。

如图3A所示，在XZ面内，来自荧光轮40的蓝色波段的光在凸部分B的凸面及反射面P2的凹面被聚光而大致成为平行光，从射出面P3射出。如图3B所示，在XY面内，来自荧光轮40的蓝色波段的光通过反射面P2上的反射，扩散不被抑制，在射出面P3得到抑制。这样，在本实施方式的异形透镜26中，通过反射面P2与射出面P3的组合，使射出方向对齐。

以往，在为了向适当的方向射出光而以往使用的组合了聚光透镜及反射镜的光学***中，需要用于一边抑制扩散一边使光弯曲的空间，有难以小型化的问题。

如以上这样，本实施方式的作为光学透镜的异形透镜26具有光的入射面P1、将从入射面P1入射的光在内部反射的反射面P2以及被反射面P2反射的光的射出面P3。反射面P2具有凹状的曲面。

通过这样的形状，能够将基于聚光和反射的光轴方向的变更一起紧凑地进行。特别是，聚光用的凸透镜的凸部分多余地占据场所，所以需要将与反射镜等其他构成之间的空间取得较大。因此，在本申请的异形透镜26中，能够减少光学***的布局的制约。此外，通过在异形透镜26的内部大致全反射，能够减少由以往的反射镜的反射造成的损失。因此，能够一边有效地聚光(抑制扩散)一边使光的朝向变化。

此外，反射面P2具有二次曲面。由此，能够以容易的形状有效地将入射光聚光，变换为平行光。

此外，反射面P2是在与规定的第1面(XZ面)平行的面内具有二次曲线形状(抛物线形状等)、在第1面的法线方向(Y方向)上为直线状的二次曲线柱面(抛物线柱面)，射出面P3是在与包括第1面的法线方向的第2面(XY面)平行的面内具有二次曲线形状(圆弧)、在上述第2面的法线方向(Z方向)上为直线状的二次曲线柱面(圆柱面)。

这样，通过将聚光分到反射面P2和射出面P3，能够分别做成二维的曲线形状，所以制造较容易，能够高效地决定光的路径。

此外，射出面P3是圆柱面形状。由此，能够容易地在较短的距离内变换为平行光。

此外，异形透镜26从射出面P3射出平行光。这样，不是如棱镜那样只是将光反射而使其弯折，而是抑制扩散并射出，所以即使不分别配置反射镜和聚光透镜，也能够更节省空间来进行光的路径设定。

此外，来自射出面P3的射出光的射出光轴X3相对于向入射面P1的入射光的入射光轴X1是垂直的。即，在该异形透镜26中，能够将光路径的90度的弯折和聚光(扩散的抑制、平行光的形成)一起节省空间来进行。

此外，异形透镜26在反射面P2的外表面中的至少一部分，具有反射没有被反射面P2反射的光的反射膜R。由于反射面P2不是平面、荧光体层处于入射面P1的很近距离等，所以也有根据光的入射角而不成为全反射的情况，因此也可以在需要的范围中设置反射膜R。即使是这样的构成，也与完全被反射镜反射的情况相比抑制了损失，并且能够紧凑地进行反射和聚光。

此外，入射面P1包括球面状的凸部分B。由此，能够使扩散而入射的光的扩散程度某种程度上一致，能够使反射面P2、射出面P3的形状拥有余裕而提高形状的自由度。

此外，凸部分B具有球冠的一部分缺少的形状。在入射面P1中的、与有效地到达反射面P2的入射范围对应的凸部分B的位置从入射面P1伸出的情况下，即使做成该伸出的部分缺少的形状，光学上也没有问题，此外，能够将异形透镜26做成没有多余的突出部分的紧凑的形状。

此外，本实施方式的投影机1中包含的光源装置具备上述的异形透镜26和发出向异形透镜26入射的光的LD11。即，在该光源装置中，能够使LD11的射出光紧凑地向适当的方向输出。

此外，光源装置具备具有基于由LD11射出的蓝色波段的光的一部分发出不同的绿色波段的光的荧光体层和使蓝色波段的光一边扩散一边透射的扩散透射面的荧光轮40。透射了扩散透射面的光向异形透镜26入射，反射面P2的二次曲线柱面其焦点位于包括扩散透射面的面内。即，通过紧凑地设定射出对象的一部分光的路径，能够抑制光源装置整体的尺寸的大型化。

此外，光源装置具备将从异形透镜26射出的光引导的第1导光部、将从荧光体层发出的光引导的第2导光部、以及将经过第1导光部及上述第2导光部的光合流而引导的合流导光部50。即，在不同的两个波长的光经过不同的路径被合波的情况下，通过将一方的路径、特别是绕远的路径用异形透镜26紧凑地设定，能够实现光源装置的小型化。

另外，本发明并不限于上述实施方式，能够进行各种各样的变更。

例如，在上述实施方式中，设为反射面P2和射出面P3分别具有使光向正交的方向收敛的二次曲线柱面而进行了说明，但并不限于此。也可以是反射面P2具有抛物面等的二次曲面，是一起聚光的形状。在此情况下，射出面P3也可以只是平面。或者，也可以是反射面P2和射出面P3分别是二次曲面，分别具有各稍稍聚光的构成。此外，并不限于二次曲面，例如也可以使用三次以上的曲面，进一步减少细小的像差等。

此外，在上述实施方式中，设为射出平行光而进行了说明，但只要与入射时相比抑制扩散即可，并不限于此。此外，也可以以使光更加收敛的方式输出。

此外，在上述实施方式中，示出了将光轴弯折为直角而射出面P3相对于入射面P1垂直的情况，但并不限于此。异形透镜26也可以是弯折为其他角度而射出的构成。

此外，在上述实施方式中，设为具有反射膜R而进行了说明，但在根据入射光的入射角度与反射面P2的反射角度及异形透镜26的材质(折射率)的关系，不需要的情况下也可以不具有反射膜R。

此外，在上述实施方式中，设为在入射面P1具有球面状的凸部分B来抑制扩散而进行了说明，但并不限于此。在入射光的扩散程度不大的情况下，也可以不具有凸部分B。此外，凸部分B的入射面也可以是其他任意的二次曲面。此外，根据凸部分B的位置、尺寸，也可以是球面截面形状的一部分不缺少。

此外，在上述实施方式中，设为LD11输出的光入射到异形透镜26而进行了说明，但并不限于此。光源也可以是其他任意的光源。

此外，在上述实施方式中，设为荧光体层发出绿色波段的光而进行了说明，但并不限于此。也可以另外具有产生绿色波段的光的光源。或者，也可以不是荧光体层，而由滤光器等生成绿色波段的光。

此外，在上述实施方式中，设为蓝色波段的光入射到异形透镜26而进行了说明，但也可以是其他波段的光。此外，也可以并不限于入射单波长的光的情况。在此情况下，也可以按每个波段而入射角度不同。

此外，在上述实施方式中，设为发出多个波长的光的光源装置进行了说明，但也可以是仅输出单波长的光的装置。此外，只要是能够实现透镜的透射及反射镜的反射的波段，光也可以并不限于可视光。也可以包含红外光等。此外，也可以并不一定限于将多个波段的光合波而输出。

此外，在上述实施方式中，设为投影机1的光源装置进行了说明，但并不限于此。也可以是照明装置、标识、检查装置等各种用途的光源装置。

除此以外，在上述实施方式中示出的具体的构成、处理动作的内容及次序等在不脱离本发明的主旨的范围内能够适当变更。

说明了本发明的几个实施方式，但本发明的范围并不限定于上述的实施方式，包含权利要求书所记载的发明的范围和其等价的范围。

Claims

1.一种投影装置，其中，具备：

光学透镜，具有光的入射面、将从上述入射面入射的光在内部反射的具有凹状的曲面的反射面、以及被上述反射面反射的光的射出面；以及

光源，发出向上述光学透镜入射的光。

2.如权利要求1所述的投影装置，其中，

上述入射面包括球面状的凸部。

3.如权利要求2所述的投影装置，其中，

从上述球面状的上述凸部入射的光在被具有二次曲面形状的上述反射面反射后，从上述射出面射出。

4.如权利要求2或3所述的投影装置，其中，

上述凸部具有球冠的一部分缺少的形状。

5.如权利要求1～4中任一项所述的投影装置，其中，

上述射出面包括用于从上述射出面射出平行光的圆柱面形状。

6.如权利要求1～5中任一项所述的投影装置，其中，

来自上述射出面的射出光的光轴与向上述入射面的入射光的光轴大致垂直。

7.如权利要求1～6中任一项所述的投影装置，其中，

在上述反射面的外表面中的至少一部分，具有反射没有被上述反射面反射的光的反射膜。

8.如权利要求1～7中任一项所述的投影装置，其中，

还具备荧光轮，该荧光轮具有在被照射蓝色波段的光的情况下激励出绿色波段的光的荧光体层、以及使上述蓝色波段的光扩散并且透射的扩散透射面；

从上述光源射出的上述蓝色波段的光在透射上述扩散透射面后，入射到上述入射面。

9.如权利要求1～8中任一项所述的投影装置，其中，

还具备：

第1二向色滤光器，使蓝色和红色波段的光透射，并且反射绿色波段的光；以及

第2二向色滤光器，使蓝色波段的光透射，并且反射绿色和红色波段的光。