特許 7596612 照明光学系、及び画像投射装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-02

(45)【発行日】2024-12-10

(54)【発明の名称】照明光学系、及び画像投射装置

(51)【国際特許分類】

   G03B 21/14 20060101AFI20241203BHJP

   G02B 3/00 20060101ALI20241203BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20241203BHJP

【ＦＩ】

G03B21/14 A

G02B3/00 A

G03B21/00 F

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021038347

(22)【出願日】2021-03-10

(65)【公開番号】P2022138458

(43)【公開日】2022-09-26

【審査請求日】2024-02-07

(73)【特許権者】

【識別番号】514274487

【氏名又は名称】リコーインダストリアルソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】野島 啓

【審査官】武田 知晋

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－１０２３７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２８１９２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１８７５４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１２１４７７４８（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０３Ｂ ２１／００－１０

２１／１２－１３

２１／１３４－３０

３３／００－１６

Ｇ０２Ｂ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源から照射される光を光変調素子に向けて出射するレンズアレイと、
前記レンズアレイを保持する保持部と、を有し、
前記レンズアレイは、光学機能領域を含み、平面視が長方形状の外形形状を有し、
第１状態で前記レンズアレイが保持された場合における前記光学機能領域の中心位置は、前記光学機能領域を含む平面内で前記第１状態に対して９０度回転した第２状態で前記レンズアレイが保持された場合における前記光学機能領域の中心位置と、等しいことを特徴とする照明光学系。

【請求項2】

前記レンズアレイは、所定突き当て面を端面に含み、
前記保持部は、前記所定突き当て面を突き当て可能な被突き当て面を有し、
前記被突き当て面は、第１被突き当て面と、前記第１被突き当て面に直交する第２被突き当て面と、を含み、
前記所定突き当て面が前記第１被突き当て面に突き当てられた状態で保持された場合における前記光学機能領域の中心位置は、前記所定突き当て面が前記第２被突き当て面に突き当てられた状態で保持された場合における前記光学機能領域の中心位置と、等しいことを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。

【請求項3】

前記レンズアレイは、突き当て面を端面に含み、
前記保持部は、前記突き当て面を突き当て可能な被突き当て面を有し、
前記突き当て面は、第１突き当て面と、前記第１突き当て面に直交する第２突き当て面と、前記第１突き当て面に直交する第３突き当て面と、を含み、
前記被突き当て面は、第１被突き当て面と、前記第１被突き当て面に直交する第２被突き当て面と、を含み、
前記第１状態では、前記第１突き当て面は前記第１被突き当て面に突き当てられ、前記第２突き当て面は前記第２被突き当て面に突き当てられ、
前記第２状態では、前記第３突き当て面は前記第１被突き当て面に突き当てられ、前記第１突き当て面は前記第２被突き当て面に突き当てられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明光学系。

【請求項4】

前記レンズアレイは、突き当て面を端面に含み、
前記保持部は、前記突き当て面を突き当て可能な被突き当て面を有し、
前記突き当て面は、第１突き当て面と、前記第１突き当て面に直交する第２突き当て面と、を含み、
前記被突き当て面は、第１被突き当て面と、前記第１被突き当て面に直交する第２被突き当て面と、前記第２被突き当て面に直交する第３被突き当て面と、を含み、
前記第１状態では、前記第１突き当て面は前記第１被突き当て面に突き当てられ、前記第２突き当て面は前記第２被突き当て面に突き当てられ、
前記第２状態では、前記第１突き当て面は前記第２被突き当て面に突き当てられ、前記第２突き当て面は前記第３被突き当て面に突き当てられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明光学系。

【請求項5】

前記第１被突き当て面と前記第３被突き当て面との間の中間位置は、前記光学機能領域の中心位置と、等しいことを特徴とする請求項４に記載の照明光学系。

【請求項6】

前記光学機能領域は、平面視が矩形状の形状を有し、
前記レンズアレイは、突き当て面を端面に含み、
前記突き当て面は、第１突き当て面と、前記第１突き当て面に直交する第２突き当て面と、を含み、
前記レンズアレイは、以下の（１）式を満足することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の照明光学系。
Ｈ／２＋ａ＝Ｖ／２＋ｂ ・・・ （１）
（Ｖは前記第１突き当て面に平行な方向における前記光学機能領域の長さを表し、ａは前記第１突き当て面から前記光学機能領域までの最短距離を表し、Ｈは前記第２突き当て面に平行な方向における前記光学機能領域の長さを表し、ｂは前記第２突き当て面から前記光学機能領域までの最短距離を表す。）

【請求項7】

前記光学機能領域は、平面視が矩形状の形状を有し、
前記レンズアレイは、以下の（２）式乃至（５）式を満足することを特徴とする請求項４又は５に記載の照明光学系。
Ｖ／２＋Ｄ＝Ｈ／２＋Ｂ ・・・ （２）
Ｈ／２＋Ｂ＝Ｖ／２＋Ｄ ・・・ （３）
Ａ＋Ｅ＝Ｂ ・・・ （４）
Ｄ＝Ｃ＋Ｅ ・・・ （５）
（Ｖは前記第１突き当て面に平行な方向における前記光学機能領域の長さを表し、Ｂは前記第１突き当て面から前記光学機能領域までの最短距離を表し、Ｈは前記第２突き当て面に平行な方向における前記光学機能領域の長さを表し、Ｄは前記第２突き当て面から前記光学機能領域までの最短距離を表し、Ａは前記レンズアレイにおける前記第１突き当て面とは反対側の端面から前記光学機能領域までの最短距離を表し、Ｃは前記レンズアレイにおける前記第２突き当て面とは反対側の端面から前記光学機能領域までの最短距離を表し、Ｅは前記レンズアレイにおける前記第１突き当て面とは反対側の端面から前記第３被突き当て面までの距離を表す。）

【請求項8】

請求項１乃至７の何れか１項に記載の照明光学系を有することを特徴とする画像投射装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、照明光学系、及び画像投射装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、光源から照射される光を光変調素子に向けて出射するレンズアレイを有した照明光学系が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

しかしながら、特許文献１の構成では、光変調素子の向きの変更に応じて異なる種類のレンズアレイを用いることで、照明光学系の開発効率が低下したり、照明光学系のコストが増大したりする場合があった。

【0004】

本発明は、光変調素子の向きが変わっても同じ種類のレンズアレイを使用可能にすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一態様に係る照明光学系は、光源から照射される光を光変調素子に向けて出射するレンズアレイと、前記レンズアレイを保持する保持部と、を有し、前記レンズアレイは、光学機能領域を含み、平面視が長方形状の外形形状を有し、第１状態で前記レンズアレイが保持された場合における前記光学機能領域の中心位置は、前記光学機能領域を含む平面内で前記第１状態に対して９０度回転した第２状態で前記レンズアレイが保持された場合における前記光学機能領域の中心位置と、等しい。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、光変調素子の向きが変わっても同じ種類のレンズアレイを使用できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施形態に係る画像投射装置の構成例の図であり、図１（ａ）は全体構成の図、図１（ｂ）はフライアイレンズを図１（ａ）の矢印２０方向から視た図、図１（ｃ）は光変調素子を図１（ａ）の矢印３０方向から視た図である。

【図2】第１実施形態に係るフライアイレンズの保持部への突き当て例の図であり、図２（ａ）は０度状態、図２（ｂ）は９０度状態である。

【図3】第１実施形態に係る照明光学系の作用の図であり、図３（ａ）は全体構成の図、図３（ｂ）はフライアイレンズを図３（ａ）の矢印２０方向から視た図、図３（ｃ）は光変調素子を図３（ａ）の矢印３０方向から視た図である。

【図4】第１変形例に係るフライアイレンズの図であり、図４（ａ）は０度状態の図、図４（ｂ）は９０度状態の図である。

【図5】第２変形例に係るフライアイレンズの図であり、図５（ａ）は０度状態の図、図５（ｂ）は９０度状態の図である。

【図6】第３変形例に係るフライアイレンズの図であり、図６（ａ）は０度状態の図、図６（ｂ）は９０度状態の図である。

【図7】第４変形例に係るフライアイレンズの図であり、図７（ａ）は０度状態の図、図７（ｂ）は９０度状態の図である。

【図8】第２実施形態に係るフライアイレンズの保持部への突き当て例の図であり、図８（ａ）は０度状態の図、図８（ｂ）は９０度状態の図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一の構成部分には同一符号を付し、重複した説明を適宜省略する。

【0009】

また以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための照明光学系及び画像投射装置を例示するものであって、本発明を以下に示す実施形態に限定するものではない。以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張している場合がある。

【0010】

以下に示す図でＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸により方向を示す場合があるが、Ｘ軸に沿うＸ方向は、実施形態に係る照明光学系が有するレンズアレイにおいて、レンズが配列する配列平面内での所定方向を示し、Ｙ軸に沿うＹ方向は、配列平面内で所定方向に直交する方向を示し、Ｚ軸に沿うＺ方向は、配列平面に直交する方向を示すものとする。

【0011】

またＸ方向で矢印が向いている方向を＋Ｘ方向、＋Ｘ方向の反対方向を－Ｘ方向と表記し、Ｙ方向で矢印が向いている方向を＋Ｙ方向、＋Ｙ方向の反対方向を－Ｙ方向と表記し、Ｚ方向で矢印が向いている方向を＋Ｚ方向、＋Ｚ方向の反対方向を－Ｚ方向と表記する。但し、これは照明光学系の使用時における向きを制限するものではなく、照明光学系の向きは任意である。

【0012】

実施形態に係る照明光学系は、光源から照射される光を光変調素子に向けて出射するレンズアレイと、レンズアレイを保持する保持部と、を有するものである。このような照明光学系は、例えばプロジェクタ又は車載用のヘッドアップディスプレイ等の画像投射装置で使用される光学系である。光変調素子は、入射光を変調して出射する素子であり、具体的にはＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等が挙げられる。

【0013】

例えば、画像投射装置の機種変更等に応じて、平面視が略長方形状の形状を有する光変調素子の向きが９０度変更される場合に、変更に合わせて異なる種類のレンズアレイを用意すると、照明光学系の開発効率低下やコスト増大を招く場合がある。なお、光変調素子の向きが９０度変更される場合とは、光変調素子を平面視した場合の平面内で、光変調素子の向きが０度の状態から９０度回転した状態に変更される場合をいう。

【0014】

実施形態では、レンズアレイは、光学機能領域を含み、平面視が矩形状の外形形状を有し、第１状態でレンズアレイが保持された場合における光学機能領域の中心位置は、光学機能領域を含む平面内で第１状態に対して９０度回転した第２状態でレンズアレイが保持された場合における光学機能領域の中心位置と、等しい。これにより、照明光学系で使用される光変調素子の向きが変わっても同じ種類のレンズアレイを使用可能とし、照明光学系の開発効率低下やコスト増大を抑制する。

【0015】

ここで、光学機能領域とは、レンズアレイにおいて、レンズアレイの所望の光学機能が得られる領域をいう。例えばレンズアレイにおいて、複数のレンズが配列して設けられている領域が光学機能領域に該当する。

【0016】

また、９０度は厳密に９０度が要求されるものではなく、略９０度でよい。この「略」は、一般に誤差と認められる程度のずれは許容されることを意味する。一般に誤差と認められる程度のずれは、例えばＪＩＳＢ０４０５に従った角度寸法の普通公差内でのずれ等である。

【0017】

同様にレンズアレイの中心位置が等しいことも、厳密に一致することが要求されるものではなく、略等しければよい。なお、実施形態における「略」の意味は、略９０度及び略等しい以外で使用される場合においても同様である。

【0018】

以下、実施形態に係る照明光学系を有する画像投射装置を一例として、実施形態を説明する。

【0019】

［実施形態］
（画像投射装置１０の構成例）
まず図１を参照して、実施形態に係る画像投射装置１０の構成について説明する。図１は、画像投射装置１０の構成の一例を示す図である。図１（ａ）は、全体構成を示す図、図１（ｂ）は、画像投射装置１０が有するフライアイレンズ１を図１（ａ）の矢印２０方向から視た図、図１（ｃ）は、画像投射装置１０が有する光変調素子７を図１（ａ）の矢印３０の方向から視た図である。

【0020】

画像投射装置１０は、フロント投射型プロジェクタであり、スクリーンに画像を投射するものである。このような画像投射装置１０には、プレゼンテーション等で使用されるプロジェクタや、自動車、バイク又は航空機等に搭載されるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ；Head Up Display）等が挙げられる。

【0021】

図１に示すように、画像投射装置１０は、フライアイレンズ１と、保持部２と、第１フィールドレンズ３と、折り返しミラー４と、第２フィールドレンズ５と、全反射プリズム６と、光変調素子７と、投射光学系８とを有する。

【0022】

図１に白抜き矢印で示した照射光Ｌｒは、光源から照射される光の一例である。照射光Ｌｒの伝搬方向における上流側から順次離隔して配置されるフライアイレンズ１、第１フィールドレンズ３及び折り返しミラー４は、第２フィールドレンズ５及び全反射プリズム６を介して、照射光Ｌｒを光変調素子７に導光する。これらのうち、フライアイレンズ１及び保持部２は、照明光学系５０を構成する。

【0023】

フライアイレンズ１は、第１フライアイレンズ１Ａと、第２フライアイレンズ１Ｂとを有する。第１フライアイレンズ１Ａ及び第２フライアイレンズ１Ｂのそれぞれは、光源から照射される照射光Ｌｒを光変調素子７に向けて出射するレンズアレイの一例である。なお、第１フライアイレンズ１Ａ及び第２フライアイレンズ１Ｂは配置の位置及び向きを除き同じ構成であるため、以下では特に区別しない場合にはフライアイレンズ１と総称する。

【0024】

図１（ｂ）に示すように、フライアイレンズ１は、光学機能領域１１を含み、平面視が略矩形状の外形形状を有する板状部材である。光学機能領域１１内には、複数のレンズ１１１が２次元配列して設けられている。図１（ｂ）に示す例では、複数のレンズ１１１はＸＹ平面内に２次元配列している。

【0025】

複数のレンズ１１１は、平面視がＹ軸に沿う方向を長手とする略長方形状の外形形状を有し、またＺ方向側に突き出す凸面の球面又は非球面形状を有する。複数のレンズ１１１の形状は何れも同じであるが、これに限定されるものではなく、異なっていてもよい。

【0026】

第１フライアイレンズ１Ａ及び第２フライアイレンズ１Ｂは、凸面同士が反対側を向くように設置されることが好ましい。つまり、第１フライアイレンズ１Ａにおけるレンズ１１１は、凸面が－Ｚ方向側に突き出し、第２フライアイレンズ１Ｂにおけるレンズ１１１は、凸面が＋Ｚ方向側に突き出すように設置されることが好ましい。

【0027】

また、フライアイレンズ１は突き当て面１２を端面に含む。ここで端面とは、フライアイレンズ１におけるレンズ１１１が配列して設けられた面に交差する外周面に含まれる面をいう。

【0028】

また突き当て面とは、被突き当て面に突き当てることで、フライアイレンズ１を位置決めするための面をいう。突き当て面１２は、突き当て面１２以外の端面と比較して、平面度及び突き当て面同士の直角度の精度を高くした面である。

【0029】

また被突き当て面とは、フライアイレンズ１を保持する保持部２に設けられ、突き当て面を突き当てることでフライアイレンズ１を位置決めするための基準となる面をいう。

【0030】

突き当て面１２は、第１突き当て面１２ａと、第１突き当て面１２ａに略直交する第２突き当て面１２ｂと、第１突き当て面１２ａに略直交する第３突き当て面１２ｃとを含む。より具体的には、外形を構成する４つの端面のうち、第１の端面が第１突き当て面１２ａを含み、第２の端面が第２突き当て面１２ｂを含み、第３の端面が第３突き当て面１２ｃを含む。

【0031】

また光学機能領域中心１５は、光学機能領域１１の中心位置である。

【0032】

このようなフライアイレンズ１は、照射光Ｌｒに含まれる波長に対して光透過性を有する樹脂材料を成形加工することで製作される。但し、これに限定されるものではなく、照射光Ｌｒに含まれる波長に対して光透過性を有するガラス材料等を用いて製作されてもよい。

【0033】

保持部２は、フライアイレンズ１を保持する箱状の部材である。保持部２は、内側面にフライアイレンズ１の突き当て面１２が突き当てられる被突き当て面を有する。保持部２は、被突き当て面が突き当て面１２に突き当てられ、フライアイレンズ１を位置決めした状態で、接着剤による接着又は嵌合等によりフライアイレンズ１を固定して保持する。

【0034】

保持部２の材質は特段に制限されず、例えば樹脂材料又は金属材料等を含んで保持部２を製作可能である。なお、図１では、保持部２がフライアイレンズ１のみを保持する構成を例示するが、これに限定されるものではない。保持部２が第１フィールドレンズ３及び折り返しミラー４等の他の部材も一体に保持する構成であってもよい。

【0035】

全反射プリズム６は、それぞれ２面以上を有するプリズムで構成されることが好ましく、本実施形態では、全反射三角プリズムユニット（所謂、ＴＩＲプリズムユニット）で構成される。

【0036】

以上の構成において、全反射プリズム６は、照明光学系５０を介して導光される照射光Ｌｒを入射光Ｌｉとして光変調素子７に向けて入射させる。

【0037】

光変調素子７は、入射光Ｌｉを画像データに基づいて変調する。光変調素子７は、複数のマイクロミラーからなる略矩形のミラー面を有するＤＭＤにより構成され、入力された画像データに基づいて各マイクロミラーを時分割駆動することにより、画像データに基づく画像へと光を加工して反射する。

【0038】

図１（ｃ）に示すように、光変調素子７は光変調領域７１を含み、平面視がＹ軸方向に沿う方向を長手とする略長方形状の外形形状を有する。光変調領域７１内には、複数のマイクロミラーが２次元配列して設けられている。図１（ｃ）に示す例では、複数のマイクロミラーはＹＺ平面内に２次元配列している。

【0039】

光変調領域７１の外形形状と、フライアイレンズ１における各レンズ１１１の外形形状は略相似形である。照射光Ｌｒが複数のレンズ１１１のそれぞれを透過した複数の光束であって、各レンズ１１１の外形形状に対応した略長方形状の断面形状を有する複数の光束は、光変調領域７１に重畳して照射される。

【0040】

光変調素子７は、各マイクロミラーを時分割駆動することにより、入射光Ｌｉを反射し、全反射プリズム６に向けて第１の出射光Ｌｏ及び第２の出射光を出射する。

【0041】

全反射プリズム６は、光変調素子７から第１の方向に出射された第１の出射光Ｌｏを反射し、光変調素子７から第２の方向に出射された第２の出射光を透過する。

【0042】

全反射プリズム６で反射された第１の出射光Ｌｏは、画像データに基づく画像を形成するＯＮ光として投射光学系８へ導光される。一方、第２の方向に出射された第２の出射光は、画像を形成しないＯＦＦ光として処理され、例えば機構的なシボや光吸収帯に入射することにより再反射を防止される。

【0043】

投射光学系８は、第１の出射光Ｌｏを投射光Ｌｐとしてスクリーンに投射して画像（入力された画像データに基づく画像）を形成する。スクリーンは、マルチレイヤーアレイ（ＭＬＡ）等により構成される。

【0044】

［第１実施形態］
（フライアイレンズ１の保持部２への突き当て例）
次に図２を参照して、第１実施形態に係る照明光学系５０が有するフライアイレンズ１の保持部２への突き当てについて説明する。図２は、フライアイレンズ１の保持部２への突き当ての一例を示す図である。図２は、図１（ａ）におけるフライアイレンズ１を矢印２０方向から視た図であり、図２（ａ）は０度状態、図２（ｂ）は９０度状態をそれぞれ示す。

【0045】

図２に示す第１被突き当て面２１ａ及び第２被突き当て面２１ｂのそれぞれは、保持部２に設けられ、フライアイレンズ１の突き当て面１２が突き当てられ、フライアイレンズ１を位置決めするための基準面である。付勢部材Ｐは、突き当てのために＋Ｙ方向への付勢力を付与する部材である。なお、－Ｘ方向側への突き当てのための力は、重力により付与される。

【0046】

図２（ａ）では、第１突き当て面１２ａは第１被突き当て面２１ａに突き当てられ、第２突き当て面１２ｂは第２被突き当て面２１ｂに突き当てられている。この状態で、フライアイレンズ１は保持部２に固定される。ここで、第１突き当て面１２ａは所定突き当て面の一例である。

【0047】

図２（ａ）における光学機能領域中心１５の位置は、Ｙ軸方向では第１被突き当て面２１ａから距離Ｙ１の距離にあり、Ｘ軸方向では第２被突き当て面２１ｂから距離Ｘ１の距離にある。

【0048】

一方、図２（ｂ）は、図２（ａ）の状態に対して、フライアイレンズ１がＸＹ平面内で右回りに９０度回転した状態を示している。この場合のＸＹ平面は、光学機能領域１１を含む平面に対応する。

【0049】

図２（ｂ）では、第１突き当て面１２ａは第２被突き当て面２１ｂに突き当てられ、第３突き当て面１２ｃは第１被突き当て面２１ａに突き当てられている。この状態で、フライアイレンズ１は保持部２に固定される。

【0050】

図２（ｂ）における光学機能領域中心１５の位置は、Ｙ軸方向では第１被突き当て面２１ａから距離Ｙ２の距離にあり、Ｘ軸方向では第２被突き当て面２１ｂから距離Ｘ２の距離にある。

【0051】

本実施形態では、距離Ｙ１が距離Ｙ２と略等しく、且つ距離Ｘ１と距離Ｘ２が略等しくなるように照明光学系５０が構成されている。換言すると、第１状態でフライアイレンズ１が保持された場合における光学機能領域中心１５の位置は、光学機能領域１１を含む平面内で第１状態に対して９０度回転した第２状態でフライアイレンズ１が保持された場合における光学機能領域中心１５の位置と、略等しい。

【0052】

ここで、図２（ａ）に示すフライアイレンズ１が９０度回転する前の０度の状態（以下、０度状態という）は、第１状態の一例であり、図２（ｂ）に示すフライアイレンズ１が９０度回転した後の９０度の状態（以下、９０度状態という）は、第２状態の一例である。

【0053】

（照明光学系５０の作用効果）
次に照明光学系５０の作用効果について説明する。

【0054】

ここで図３は、照明光学系５０の作用を説明するための図である。図３（ａ）は画像投射装置１０ａの全体構成を示す図、図３（ｂ）は図３（ａ）のフライアイレンズ１を矢印２０方向から視た図、図３（ｃ）は図３（ａ）の光変調素子７ａを矢印３０の方向から視た図である。

【0055】

画像投射装置１０ａは、画像投射装置１０の光変調素子７に対して、光変調素子７ａの長手方向の向きが光変調領域７１ａを含む平面（ＹＺ平面）内で９０度回転した点が異なっている。

【0056】

上述したように本実施形態では、照射光Ｌｒが複数のレンズ１１１のそれぞれを透過した複数の光束であって、各レンズ１１１の略長方形状の断面形状を有する複数の光束が、光変調領域７１ａに重畳して照射される。

【0057】

光変調素子７ａの長手方向の向きが変わると、複数のレンズ１１１による複数の光束と、光変調素子７ａと、の間で長手方向の向きが一致しなくなり、照射光Ｌｒにより光変調素子７ａの光変調領域７１ａを適切に照射できなくなる。

【0058】

そのため、画像投射装置１０ａのフライアイレンズに含まれるレンズは、光変調素子７ａの長手方向の向きに合わせるために、図３（ｂ）に示すように、平面視がＸ軸に沿う方向を長手とする略長方形状の外形形状を有することが好ましい。

【0059】

しかしながら、レンズの長手方向の向きがＸ軸方向に沿うフライアイレンズをフライアイレンズ１とは別に用意すると、フライアイレンズを設計し直したり、フライアイレンズの成形用金型を新たに製作したりする必要が生じる。これにより照明光学系の開発効率低下やコスト増大を招く場合がある。

【0060】

そのため、本実施形態では、フライアイレンズ１（レンズアレイ）は、光学機能領域１１を含み、平面視が矩形状の外形形状を有する。また０度状態（第１状態）でフライアイレンズ１が保持された場合における光学機能領域中心１５の位置は、９０度状態（第２状態）でフライアイレンズ１が保持された場合における光学機能領域中心１５の位置と略等しい。

【0061】

また、本実施形態では、フライアイレンズ１は、第１突き当て面１２ａ（所定突き当て面）を端面に含む。保持部２は、突き当て面を突き当て可能な被突き当て面２１を有し、被突き当て面２１は、第１被突き当て面２１ａと、第１被突き当て面２１ａに直交する第２被突き当て面２１ｂと、を含む。

【0062】

第１突き当て面１２ａが第１被突き当て面２１ａに突き当てられた状態で保持された場合における光学機能領域中心１５の位置は、第１突き当て面１２ａが第２被突き当て面２１ｂに突き当てられた状態で保持された場合における光学機能領域中心１５の位置と、略等しい。

【0063】

また、本実施形態では、フライアイレンズ１は、突き当て面１２を端面に含む。保持部２は、突き当て面１２を突き当て可能な被突き当て面２１を有する。突き当て面１２は、第１突き当て面１２ａと、第１突き当て面１２ａに直交する第２突き当て面１２ｂと、第１突き当て面１２ａに直交する第３突き当て面１２ｃと、を含む。被突き当て面２１は、第１被突き当て面２１ａと、第１被突き当て面２１ａに直交する第２被突き当て面２１ｂと、を含む。

【0064】

０度状態では、第１突き当て面１２ａは第１被突き当て面２１ａに突き当てられ、第２突き当て面１２ｂは第２被突き当て面２１ｂに突き当てられる。９０度状態では、第３突き当て面１２ｃは第１被突き当て面２１ａに突き当てられ、第１突き当て面１２ａは第２被突き当て面２１ｂに突き当てられている。

【0065】

このようにすることで、光変調素子７に対し、長手方向の向きがＹＺ平面内で９０度回転された光変調素子７ａに変更された場合にも、フライアイレンズ１をＸＹ平面内で９０度回転させて保持部２に固定することで、同じ種類のフライアイレンズ１を使用できる。換言すると、光変調素子の向きが変わっても同じ種類のフライアイレンズ１を使用できる。

【0066】

その結果、フライアイレンズを設計し直したり、フライアイレンズの成形用金型を新たに製作したりする必要をなくすことができ、照明光学系５０の開発効率の低下やコスト増大を抑制できる。

【0067】

上述した実施形態では、フライアイレンズ１の９０度回転前後で、光学機能領域中心１５の位置が略等しくなる機能を説明したが、この機能を実現するための具体的な構成には各種のものが考えられる。以下にこれらの構成を変形例として説明する。なお、以下に示す図において、上述した実施形態で説明した同一の構成部には、同一の部品番号を付し、重複した説明を適宜省略する。

【0068】

（第１変形例）
まず、図４は、照明光学系５０ａが有する第１変形例に係るフライアイレンズ１ａを示す図である。図４（ａ）は０度状態、図４（ｂ）は９０度状態をそれぞれ示す。

【0069】

フライアイレンズ１ａは、平面視が正方形状である外形形状を有し、フライアイレンズ１ａの外形中心２５の位置は、光学機能領域中心１５の位置と略等しい。これにより、フライアイレンズ１ａは以下の（１）式の条件を満足する。
Ｈ／２＋ａ＝Ｖ／２＋ｂ ・・・ （１）

【0070】

なお、（１）式において、Ｖは第１突き当て面１２ａに平行な方向における光学機能領域１１の長さを表し、ａは第１突き当て面１２ａから光学機能領域１１までの最短距離を表し、Ｈは第２突き当て面１２ｂに平行な方向における光学機能領域１１の長さを表し、ｂは第２突き当て面１２ｂから光学機能領域１１までの最短距離を表す。

【0071】

（１）式を満足することで、０度状態と９０度状態で光学機能領域中心１５の位置は略等しくなる。その結果、照明光学系５０ａの構成により、照明光学系５０と同様の作用効果が得られる。なお、（１）式における左辺と右辺は略等しければよい。

【0072】

（第２変形例）
次に図５は、照明光学系５０ｂが有する第２変形例に係るフライアイレンズ１ｂを示す図である。図５（ａ）は０度状態、図５（ｂ）は９０度状態をそれぞれ示す。

【0073】

フライアイレンズ１ｂは、光学機能領域１１の外形形状が正方形状のものであり、外形中心２５の位置と、光学機能領域中心１５の位置が一致しないものである。フライアイレンズ１ｂの外形形状は、正方形状であっても長方形状であってもよい。

【0074】

このようなフライアイレンズ１ｂでも、上記の（１）式の条件を満足することで、０度状態と９０度状態で光学機能領域中心１５の位置は略等しくなる。その結果、照明光学系５０ｂの構成により、照明光学系５０と同様の作用効果が得られる。

【0075】

（第３変形例）
次に図６は、照明光学系５０ｃが有する第３変形例に係るフライアイレンズ１ｃを示す図である。図６（ａ）は０度状態、図６（ｂ）は９０度状態をそれぞれ示す。

【0076】

フライアイレンズ１ｃは、フライアイレンズ１ｃの外形形状が正方形状であり、光学機能領域１１の外形形状が長方形状のものである。フライアイレンズ１ｃの外形中心２５の位置は光学機能領域中心１５の位置と略一致する。

【0077】

このようなフライアイレンズ１ｃでも、上記の（１）式の条件を満足することで、０度状態と９０度状態で光学機能領域中心１５の位置は略等しくなる。その結果、照明光学系５０ｃの構成により、照明光学系５０と同様の作用効果が得られる。

【0078】

（第４変形例）
次に図７は、照明光学系５０ｄが有する第４変形例に係るフライアイレンズ１ｄを示す図である。図７（ａ）は０度状態、図７（ｂ）は９０度状態をそれぞれ示す。

【0079】

フライアイレンズ１ｄは、光学機能領域１１の外形形状が長方形状のものであり、外形中心２５の位置と、光学機能領域中心１５の位置が一致しないものである。フライアイレンズ１ｄの外形形状は、正方形状であっても長方形状であってもよい。

【0080】

このようなフライアイレンズ１ｄでも、上記の（１）式の条件を満足することで、０度状態と９０度状態で光学機能領域中心１５の位置は略等しくなる。その結果、照明光学系５０ｄの構成により、照明光学系５０と同様の作用効果が得られる。

【0081】

ここで、フライアイレンズの外形形状が長方形状である場合には、０度状態と９０度状態との間で、フライアイレンズと付勢部材Ｐとの間の距離が変化し、付勢力が変化する場合がある。

【0082】

従って、０度状態と９０度状態との間で条件や構造の差をできるだけ小さくする観点では、フライアイレンズの外形形状は正方形状であることが好ましい。一方、フライアイレンズの小型化、又はフライアイレンズの材料使用量の低減によるコスト削減を図る観点では、フライアイレンズの外形形状は長方形状であることが好ましい。

【0083】

［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る照明光学系５０ｅについて説明する。

【0084】

図８は、照明光学系５０ｅが有するフライアイレンズ１ｅの保持部２ｅへの突き当ての一例を示す図である。図８（ａ）は０度状態、図８（ｂ）は９０度状態をそれぞれ示す。

【0085】

図８に示すように、フライアイレンズ１ｅは、突き当て面１２ｅを端面に含み、保持部２ｅは、突き当て面１２ｅを突き当て可能な被突き当て面２１ｅを有する。突き当て面１２ｅは、第１突き当て面１２ａと、第１突き当て面１２ａに直交する第２突き当て面１２ｂとを含む。

【0086】

また被突き当て面２１ｅは、第１被突き当て面２１ａと、第１被突き当て面２１ａに直交する第２被突き当て面２１ｂと、第２被突き当て面２１ｂに直交する第３被突き当て面２１ｃと、を含む。

【0087】

つまり、フライアイレンズ１ｅは、２つの突き当て面を有し、保持部２ｅは３つの被突き当て面を有する。

【0088】

０度状態では、第１突き当て面１２ａは第１被突き当て面２１ａに突き当てられ、第２突き当て面１２ｂは第２被突き当て面２１ｂに突き当てられる。９０度状態では、第１突き当て面１２ａは第２被突き当て面２１ｂに突き当てられ、第２突き当て面１２ｂは第３被突き当て面２１ｃに突き当てられる。

【0089】

また、第１被突き当て面２１ａと第３被突き当て面２１ｃとの間の中間位置Ｗは、光学機能領域中心１５の位置と、略等しい。

【0090】

さらに、フライアイレンズ１ｅは、以下の（２）式乃至（５）式を満足する。
Ｖ／２＋Ｄ＝Ｈ／２＋Ｂ ・・・ （２）
Ｈ／２＋Ｂ＝Ｖ／２＋Ｄ ・・・ （３）
Ａ＋Ｅ＝Ｂ ・・・ （４）
Ｄ＝Ｃ＋Ｅ ・・・ （５）

【0091】

ここで、Ｖは第１突き当て面１２ａに平行な方向における光学機能領域１１の長さを表し、Ｂは第１突き当て面１２ａから光学機能領域１１までの最短距離を表し、Ｈは第２突き当て面１２ｂに平行な方向における光学機能領域１１の長さを表す。またＤは第２突き当て面１２ｂから光学機能領域１１までの最短距離を表し、Ａはフライアイレンズ１ｅにおける第１突き当て面１２ａとは反対側の端面から光学機能領域１１までの最短距離を表し、Ｃはフライアイレンズ１ｅにおける第２突き当て面１２ｂとは反対側の端面から光学機能領域１１までの最短距離を表す。Ｅはフライアイレンズ１ｅにおける第１突き当て面１２ａとは反対側の端面から第３被突き当て面２１ｃまでの距離を表す。

【0092】

このように、フライアイレンズ１ｅが２つの突き当て面を有し、保持部２ｅが３つの被突き当て面を有する照明光学系５０ｅの構成においても、第１実施形態に係る照明光学系５０と同様の作用効果を得ることができる。

【0093】

つまり、光変調素子７に対し、長手方向の向きがＹＺ平面内で９０度回転された光変調素子７ａに変更された場合にも、フライアイレンズ１ｅをＸＹ平面内で９０度回転させて保持部２ｅに固定することで、同じ種類のフライアイレンズ１ｅを使用できる。換言すると、光変調素子の向きが変わっても同じ種類のフライアイレンズ１ｅを使用できる。

【0094】

その結果、フライアイレンズを設計し直したり、フライアイレンズの成形用金型を新たに製作したりする必要をなくすことができ、照明光学系５０ｅの開発効率の低下やコスト増大を抑制できる。

【0095】

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の実施形態の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

【0096】

また、実施形態の説明で用いた序数、数量等の数字は、全て本発明の技術を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された数字に制限されない。

【符号の説明】

【0097】

１ フライアイレンズ（レンズアレイの一例）
１Ａ 第１フライアイレンズ
１Ｂ 第２フライアイレンズ
２ 保持部
３ 第１フィールドレンズ
４ 折り返しミラー
５ 第２フィールドレンズ
６ 全反射プリズム
７ 光変調素子
７１ 光変調領域
８ 投射光学系
１０ 画像投射装置
１１ 光学機能領域
１１１ レンズ
１２ 突き当て面
１２ａ 第１突き当て面（所定突き当て面の一例）
１２ｂ 第２突き当て面
１２ｃ 第３突き当て面
１５ 光学機能領域中心
２１ 被突き当て面
２１ａ 第１被突き当て面
２１ｂ 第２被突き当て面
２１ｃ 第３被突き当て面
２５ フライアイレンズの外形中心
５０ 照明光学系
Ｐ 付勢部材

【先行技術文献】

【特許文献】

【0098】

【文献】特開２０２０－１８７１６１号公報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】