(57)【要約】【課題】光強度分布の偏りおよびノイズを低減した光を射出する光射出装置を提供する。【解決手段】光射出装置２は、光射出部３を備える。光射出部３は、光源３１と、コリメーターレンズ３２と、コリメーターレンズ３２を透過した光を、幅方向Ｈに対応する方向に広角化する光学素子３３と、を備える。光学素子３３は、第１方向（積層方向V）に並設された複数のレンズ群３３Ｇを有し、複数のレンズ群３３Ｇそれぞれは、第１方向に直交し、光軸３Ａに交差する第２方向に並設された複数の小レンズ３３０を有し、複数の小レンズ３３０それぞれは、入射する光を幅方向Ｈに対応する方向に広角化し、第２方向において隣り合う小レンズ３３０で広角化した光が重畳されるように形成され、複数のレンズ群３３Ｇは、第１方向および第２方向において、隣り合う小レンズ３３０の大きさが互いに異なる小レンズ３３０を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光射出部を備えた光射出装置であって、
前記光射出部は、
光源と、
前記光源から射出された光が入射するコリメーターレンズと、
前記コリメーターレンズを透過した光を、前記光源の光軸に直交する所定方向に対応する方向に広角化する光学素子と、
を備え、
前記光学素子は、
前記光軸および前記所定方向に直交する第１方向に並設された複数のレンズ群を有し、
前記複数のレンズ群それぞれは、前記第１方向に直交し、前記光軸に交差する第２方向に並設された複数の小レンズを有し、
前記複数の小レンズそれぞれは、入射する光を前記所定方向に対応する方向に広角化し、前記第２方向において隣り合う小レンズで広角化した光が重畳されるように形成され、
前記複数のレンズ群が有する前記複数の小レンズは、前記第１方向および前記第２方向において、隣り合う小レンズの大きさが互いに異なる小レンズを有することを特徴とする光射出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光射出装置であって、
前記複数のレンズ群は、前記光学素子の光入射側に設けられ、前記第１方向における一方の端部側から他方の端部側に向かって階段状に順次配置された第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数）のレンズ群を有し、
前記第ｎのレンズ群における前記複数の小レンズは、前記第（ｎ−１）のレンズ群における前記第１方向に隣り合う小レンズより突出していることを特徴とする光射出装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光射出装置であって、
互いに異なる方向を中心に光を射出する第１の前記光射出部および第２の前記光射出部を備え、
前記第１の前記光射出部および前記第２の前記光射出部は、それぞれが広角化した光が所定の平面に沿い、それぞれが広角化した光の一部が互いに重なるように配置されていることを特徴とする光射出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光射出装置であって、
前記第１の光射出部は、当該第１の光射出部が備える前記光源から前記光学素子に至る第１光路を有し、
前記第２の光射出部は、当該第２の光射出部が備える前記光源から前記光学素子に至る第２光路を有し、
前記第１の光射出部および前記第２の光射出部は、前記第１光路と前記第２光路とが、前記第１の光射出部における前記光学素子および前記第２の光射出部における前記光学素子の光路前段で交差していることを特徴とする光射出装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の光射出装置と、
前記光射出装置から射出された光の反射位置を検出する検出装置と、
前記検出装置により検出された検出結果に応じた画像を投写する投写装置と、
を備えることを特徴とする画像表示システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光射出装置および画像表示システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像が表示された表示面上で操作された指示体（例えば、ペンや使用者の指等）の位置を検出し、この検出結果に基づいて、指示体の軌跡に応じた表示や、表示の変更を行う画像表示システムが知られている。例えば、プロジェクター、およびプロジェクターが投写する投写面に沿って光を射出する光射出装置を備え、投写面上で操作された指示体による光の反射によって、プロジェクターが指示体の位置を検出し、この検出結果に基づく投写を行う画像表示システムが開示されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に記載の光射出装置は、光源と、光源から射出された光を平行化するコリメーターレンズと、コリメーターレンズにて平行化された光を、投写面に沿う方向（第１方向）においては広角化し、投写面に直交する方向（第２方向）においては、拡がりを略維持する指向性レンズ（パウエルレンズ）と、を備えている。
パウエルレンズは、第２方向から見て、光入射側が凸面状で、光射出側が平坦状に形成され、第１方向から見て、矩形状に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１１１３８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の光射出装置は、光源とパウエルレンズとの位置がずれると、投写面上における光強度の偏りが顕著になるため、プロジェクターが指示体の位置を精度よく検出することが困難なものとなる。そのため、特許文献１に記載の光射出装置は、光源とパウエルレンズとの高精度な位置合わせが求められ、調整工数、すなわち組み立て工数が増加するという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］本適用例に係る光射出装置は、光射出部を備えた光射出装置であって、前記光射出部は、光源と、前記光源から射出された光が入射するコリメーターレンズと、前記コリメーターレンズを透過した光を、前記光源の光軸に直交する所定方向に対応する方向に広角化する光学素子と、を備え、前記光学素子は、前記光軸および前記所定方向に直交する第１方向に並設された複数のレンズ群を有し、前記複数のレンズ群それぞれは、前記第１方向に直交し、前記光軸に交差する第２方向に並設された複数の小レンズを有し、前記複数の小レンズそれぞれは、入射する光を前記所定方向に対応する方向に広角化し、前記第２方向において隣り合う小レンズで広角化した光が重畳されるように形成され、前記複数のレンズ群が有する前記複数の小レンズは、前記第１方向および前記第２方向において、隣り合う小レンズの大きさが互いに異なる小レンズを有することを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、光射出装置は、光源から射出され、コリメーターレンズにて略平行化された光を、光学素子で所定方向に対応する方向に広角化して射出する。これによって、所定の平面（対象平面）の端部側に配置され、この対象平面に沿って広角化した光を射出する光射出装置を提供することができる。また、光学素子は、第２方向に並設された複数の小レンズを有し、この複数の小レンズによって、入射する光を所定方向に対応する方向に広角化する。これによって、光射出装置は、広角化するレンズが１つのレンズで形成された構成に比べ、光源と光学素子との位置合わせ精度を緩和しても、対象平面に沿う領域における光強度分布の偏りを抑制した光を射出することが可能となる。
さらに、光学素子は、第２方向に並設された複数の小レンズを有するレンズ群が第１方向に複数並設され、それぞれの方向において隣り合う小レンズの大きさが互いに異なる小レンズを有している。これによって、第２方向における隣り合う小レンズから射出された光同士の干渉による干渉縞を抑制することが可能となる。また、１つのレンズ群から射出される光は、射出する光の中心からの角度に対する強度分布において強弱が発生する、すなわち光強度分布にノイズが発生するが、複数のレンズ群においては、互いに強度分布の角度依存性が異なるので、強弱の程度が緩和され、光学素子から射出される光の強度分布のノイズが低減される。よって、対象平面に沿う領域における光強度分布の偏りをさらに抑制するとともに、ノイズを低減した光を射出する光射出装置の提供が可能となる。
したがって、組み立て工数を低減し、対象平面に沿う領域に光強度分布の偏りおよびノイズを抑制した光を射出する光射出装置の提供が可能となる。
【０００９】
［適用例２］上記適用例に係る光射出装置において、前記複数のレンズ群は、前記光学素子の光入射側に設けられ、前記第１方向における一方の端部側から他方の端部側に向かって階段状に順次配置された第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数）のレンズ群を有し、前記第ｎのレンズ群における前記複数の小レンズは、前記第（ｎ−１）のレンズ群における前記第１方向に隣り合う小レンズより突出していることが好ましい。
【００１０】
この構成によれば、光学素子は、第１方向における一方の端部側から見て、それぞれの小レンズが他の小レンズで隠れないように形成されている。これによって、アンダーカットが生じないように、また光学特性に影響するような抜きテーパーを設けることなく、金型を用いた光学素子の製造が可能となる。よって、前述した効果を奏するとともに、隣り合う小レンズの大きさが互いに異なる小レンズを有する構成であっても、製造が容易な光学素子、ひいては製造が容易な光射出装置の提供が可能となる。
【００１１】
［適用例３］上記適用例に係る光射出装置において、互いに異なる方向を中心に光を射出する第１の前記光射出部および第２の前記光射出部を備え、前記第１の前記光射出部および前記第２の前記光射出部は、それぞれが広角化した光が所定の平面に沿い、それぞれが広角化した光の一部が互いに重なるように配置されていることが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、光射出装置は、上述したように配置された第１の光射出部および第２の光射出部を備えているので、さらに広い対象平面に沿って光を射出することが可能となる。
【００１３】
［適用例４］上記適用例に係る光射出装置において、前記第１の光射出部は、当該第１の光射出部が備える前記光源から前記光学素子に至る第１光路を有し、前記第２の光射出部は、当該第２の光射出部が備える前記光源から前記光学素子に至る第２光路を有し、前記第１の光射出部および前記第２の光射出部は、前記第１光路と前記第２光路とが、前記第１の光射出部における前記光学素子および前記第２の光射出部における前記光学素子の光路前段で交差していることが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、第１の光射出部および第２の光射出部は、第１光路と第２光路とが交差するように配置されている。これによって、第１の光射出部における光学素子と、第２の光射出部における光学素子とを近づけて光射出装置を構成できる。よって、第１の光射出部および第２の光射出部それぞれから射出された光が重なる位置を光射出装置に近づけることが可能となる。よって、第１の光射出部および第２の光射出部それぞれの光学素子が並設された方向における小型化が可能で、対象平面の近くに配置できる光射出装置の提供が可能となる。
【００１５】
［適用例５］本適用例に係る画像表示システムは、上記に記載の光射出装置と、前記光射出装置から射出された光の反射位置を検出する検出装置と、前記検出装置により検出された検出結果に応じた画像を投写する投写装置と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、画像表示システムは、上述した光射出装置を備えるので、投写面上で操作される指示体等の位置を検出装置にて精度良く検出し、検出結果に応じた画像、例えば、投写面上での指示体の軌跡を含む画像を投写装置によって投写面に投写することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態に係る画像表示システムの概略構成を示す模式図。
【図２】本実施形態のプロジェクターの概略構成を示すブロック図。
【図３】本実施形態の光射出装置の概略構成を示す模式図。
【図４】本実施形態の光学素子体を示す斜視図。
【図５】図４におけるＡ部の拡大図であり、第１の光学素子の光入射側を示す斜視図。
【図６】本実施形態における第１の光学素子の一部を示す平面図。
【図７】本実施形態の光射出装置から射出された光の投写面に沿う領域における強度分布を示す図。
【図８】本実施形態の光射出装置から射出された光の強度分布を理論的に示すグラフ。
【図９】本実施形態の光学素子体とは異なる構成の光学素子体の斜視図。
【図１０】本実施形態とは異なる構成の光射出部から射出された光の強度分布をシミュレーションした結果を示すグラフ。
【図１１】本実施形態の第１の光射出部から射出された光の強度分布をシミュレーションした結果を示すグラフ。
【図１２】変形例１の光学素子体を示す斜視図。
【図１３】変形例１の光学素子体を示す平面図。
【図１４】変形例２の光射出装置を示す斜視図。
【図１５】変形例３の光射出装置を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に示す各図においては、各構成要素を図面上で認識され得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法や比率を実際のものとは適宜異ならせてある。
図１は、本実施形態に係る画像表示システム１００の概略構成を示す模式図である。
画像表示システム１００は、図１に示すように、プロジェクター１および光射出装置２を備える。
【００１９】
図２は、プロジェクター１の概略構成を示すブロック図である。
プロジェクター１は、図２に示すように、投写装置１５と、検出装置としての撮像装置１６とを備えている。
投写装置１５は、投写用光源１１、光変調装置１２、投写レンズ１３、および制御部１４を備え、入力された画像情報に応じた画像や、撮像装置１６により検出された検出結果に応じた画像を投写する。
プロジェクター１は、図１に示すように、スクリーンやホワイトボード等の投写面ＳＣの上方の壁面に設置された支持装置Ｍに支持され、下方を向く側から投写面ＳＣに画像を投写する。なお、以下では、説明の便宜上、図１に示すように、投写面ＳＣに対する法線方向を前後方向として投写面ＳＣに向かう方向を前方向（＋Ｙ方向）、重力に逆らう方向を上方向（＋Ｚ方向）、投写面ＳＣに向かって右側を右方向（＋Ｘ方向）として記載する。
【００２０】
投写装置１５は、投写用光源１１から射出された光を、画像情報に応じて光変調装置１２にて変調し、変調した光を投写レンズ１３から投写面ＳＣに投写する。なお、投写用光源１１としては、放電型のものや、発光ダイオード、レーザー等の固体光源を用いることができる。また、光変調装置１２としては、液晶パネルを利用したものや、マイクロミラー型の装置、例えば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等を利用したものを用いることができる。
【００２１】
制御部１４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、コンピューターとして機能するものであり、プロジェクター１の動作の制御、例えば、後述する撮像装置１６から出力された情報に基づく画像の投写に関わる制御等を行う。
【００２２】
光射出装置２は、後で詳細に説明するが、図１に示すように、投写面ＳＣの上方に設置され、この投写面ＳＣに沿って光を射出する。
【００２３】
撮像装置１６は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子（図示省略）を備え、被写体としての投写面ＳＣを撮影し、撮影した情報を制御部１４に出力する。また、撮像装置１６は、光射出装置２から射出された光が指示体（例えば、ペン１０や使用者の指等）によって反射されることにより、指示体の位置（反射位置）を検出し、検出した情報を制御部１４に出力する。
プロジェクター１は、撮像装置１６から出力された情報に基づいて、投写面ＳＣ上における指示体の位置を解析し、その解析結果に基づいて、例えば、画像情報に指示体の軌跡を示す線を重畳した重畳画像の投写や、投写する画像の変更等を行う。
【００２４】
〔光射出装置の構成〕
ここで、光射出装置２について詳細に説明する。
図３は、光射出装置２の概略構成を示す模式図である。
光射出装置２は、図３に示すように、投写面ＳＣの上方で左右方向において投写面ＳＣの略中央に配置される。光射出装置２は、第１の光射出部３、第２の光射出部４、およびこれらの部材を収納する筐体２１を備えている。
【００２５】
第１の光射出部３および第２の光射出部４は、左右方向に並設され、互いに異なる方向を中心に光を射出する。
第１の光射出部３は、第１の光源３１、第１のコリメーターレンズ３２、および第１の光学素子３３を備え、第１の光源３１から第１の光学素子３３に至る第１光路を有している。第１の光射出部３は、第１のコリメーターレンズ３２および第１の光学素子３３が第１の光源３１の光軸３Ａ上に配置され、左斜め下方を中心に光を射出する。
【００２６】
第２の光射出部４は、第１の光射出部３と同様に、第２の光源４１、第２のコリメーターレンズ４２、および第２の光学素子４３を備え、第２の光源４１から第２の光学素子４３に至る第２光路を有している。第２の光射出部４は、第２のコリメーターレンズ４２および第２の光学素子４３が第２の光源４１の光軸４Ａ上に配置され、右斜め下方を中心に光を射出する。
【００２７】
光射出装置２は、第１の光学素子３３と第２の光学素子４３とが一体で形成され、第１光路と第２光路とが第１の光学素子３３および第２の光学素子４３の光路前段で交差している。具体的に、光射出装置２は、第１の光源３１および第１のコリメーターレンズ３２が第２の光源４１および第２のコリメーターレンズ４２の右方に配置され、第１の光学素子３３が第２の光学素子４３の左方に配置されている。そして、光射出装置２は、第１光路と第２光路とが、第１のコリメーターレンズ３２と第１の光学素子３３との間、および第２のコリメーターレンズ４２と第２の光学素子４３との間で交差している。なお、一体化された第１の光学素子３３および第２の光学素子４３を光学素子体３４Ｕとする。
【００２８】
第１の光源３１、第２の光源４１は、例えば、光強度のピークが約９４０ｎｍの波長を射出するレーザー光源であり、発光部である活性層、活性層の両側に積層されたクラッド層等を有している。発光部の大きさは、クラッド層が積層された積層方向Ｖの大きさより積層方向に直交する幅方向Ｈの大きさが大きく形成されている。
【００２９】
第１の光源３１は、光軸３Ａを中心に光を射出し、この光軸３Ａに直交し、互いに直交する積層方向Ｖと幅方向Ｈとで放射強度分布が異なる光を射出する。同様に、第２の光源４１は、光軸４Ａを中心に光を射出し、この光軸４Ａに直交し、互いに直交する積層方向Ｖと幅方向Ｈとで放射強度分布が異なる光を射出する。第１の光源３１および第２の光源４１は、積層方向Ｖが投写面ＳＣに沿う面に直交し（Ｙ方向に沿い）、幅方向Ｈが投写面ＳＣに沿うように配置される。
【００３０】
また、第１の光源３１および第２の光源４１は、幅方向Ｈに平行な偏光を射出し、第１の光学素子３３、第２の光学素子４３それぞれにはＰ偏光が入射する。第１の光学素子３３、第２の光学素子４３にＳ偏光が入射する構成に比べ、第１の光学素子３３、第２の光学素子４３での反射による損失が少ないので、第１の光源３１、第２の光源４１から射出された光が効率良く利用される。
【００３１】
第１のコリメーターレンズ３２は、第１の光源３１から射出された光を略平行化する。同様に、第２のコリメーターレンズ４２は、第２の光源４１から射出された光を略平行化する。
【００３２】
第１の光学素子３３と第２の光学素子４３とが一体化された光学素子体３４Ｕは、屈折率が高い合成樹脂等で、Ｚ方向から見て矩形状に形成されている。光学素子体３４Ｕは、図３に示すように、左側に第１の光学素子３３を有し、右側に第２の光学素子４３を有し、左右対称に形成されている。光学素子体３４Ｕは、第１の光射出部３と第２の光射出部４との間で、投写面ＳＣに直交し、上下方向に延出する仮想中心面Ｐｖ（Ｙ−Ｚ平面に沿う面）に対して対称となるように配置されている。
【００３３】
図４は、光学素子体３４Ｕを示す斜視図である。図５は、図４におけるＡ部の拡大図であり、第１の光学素子３３の光入射側を示す斜視図である。
第１の光学素子３３は、第１のコリメーターレンズ３２を透過した光を、所定方向（幅方向Ｈ）に対応する方向に広角化する。第１の光学素子３３は、図３〜図５に示すように、光入射側（第１のコリメーターレンズ３２に対向する側）に複数のレンズ群３３Ｇを有し、光射出側に平面３３Ｓを有している。第１の光学素子３３は、仮想中心面Ｐｖから遠ざかる程、第１のコリメーターレンズ３２からの距離が大きくなるように、全体として傾斜している。
【００３４】
複数のレンズ群３３Ｇは、積層方向Ｖ（Ｙ方向）に並設されている。積層方向Vは、第１方向に相当する。本実施形態の第１の光学素子３３は、５列のレンズ群３３Ｇを有している。そして、各レンズ群３３Ｇは、複数の小レンズ３３０を有している。各小レンズ３３０は、積層方向Ｖに沿って延出する凸レンズである。各レンズ群３３Ｇがそれぞれ有する複数の小レンズ３３０は、全体として傾斜する方向、すなわち、積層方向Ｖ（第１方向）に直交し、光軸３Ａに交差する方向（第２方向）に並設されている。
【００３５】
そして、複数のレンズ群３３Ｇが有する複数の小レンズ３３０は、積層方向Ｖ（第１方向）および第２方向において、隣り合う小レンズ３３０の大きさが互いに異なる小レンズ３３０を有している。具体的に、小レンズ３３０は、第２方向の寸法（図５参照、幅Ｗ）が０．１ｍｍ〜０．６ｍｍ程度の大きさに形成されている。また、各レンズ群３３Ｇは、積層方向Ｖ（Ｙ方向、第１方向）の寸法（図５参照、厚さＴ）が０．６ｍｍ〜１ｍｍ程度に形成されている。また、複数の小レンズ３３０は、断面が相似形に形成されている。
【００３６】
図６は、第１の光学素子３３の一部を示す平面図である。
図６に示すように、小レンズ３３０は、積層方向Ｖに沿う中心軸を有し、この中心軸を通り、平面３３Ｓに直交するレンズ中心面３３０ｆに対して非対称の非球面状に形成されている。具体的に、小レンズ３３０は、レンズ中心面３３０ｆに対して仮想中心面Ｐｖ側となる第１面３３０ａ、およびレンズ中心面３３０ｆの第１面３３０ａとは反対側の第２面３３０ｂを有している。そして、第１面３３０ａと第２面３３０ｂとは、非対称に形成されている。第１面３３０ａおよび第２面３３０ｂの形状は、投写面ＳＣに沿う領域の光強度分布の偏りが抑制されるように形成されている。
【００３７】
各小レンズ３３０は、入射する第１のコリメーターレンズ３２を透過した光を、積層方向Ｖにおいては、そのまま透過し、幅方向Ｈ（所定方向）においては広角化する。また、各レンズ群３３Ｇにおける複数の小レンズ３３０は、第２方向において隣り合う小レンズ３３０で広角化した光が重畳されるように形成されている。
このように、第１の光射出部３は、第１の光学素子３３が入射する光を幅方向Ｈ（所定方向）に対応する方向に広角化する小レンズ３３０を複数有していることによって、第１の光源３１と第１の光学素子３３との位置合わせ精度の緩和が可能になっている。
【００３８】
第２の光学素子４３は、第１の光学素子３３と左右対称に形成され、光入射側（第２のコリメーターレンズ４２に対向する側）に複数のレンズ群４３Ｇを有し、光射出側に平面４３Ｓを有している。そして、複数のレンズ群４３Ｇは、第１の光学素子３３における複数の小レンズ３３０と対称に形成された複数の小レンズ４３０を有している。そして、第２の光学素子４３は、複数の小レンズ４３０によって、第２のコリメーターレンズ４２で略平行化された光を、積層方向Ｖにおいては、そのまま透過し、所定方向（幅方向Ｈ）においては広角化する。各レンズ群４３Ｇは、各レンズ群３３Ｇと同様に、大きさが異なる複数の小レンズ４３０を有している。
後で詳細に説明するが、第１の光射出部３は、第１の光学素子３３が大きさの異なる複数の小レンズ３３０を有していることによって、干渉およびノイズが抑制された光を射出する。同様に、第２の光射出部４は、第２の光学素子４３が大きさの異なる複数の小レンズ４３０を有していることによって、干渉およびノイズが抑制された光を射出する。
【００３９】
第１の光射出部３および第２の光射出部４は、第１の光学素子３３および第２の光学素子４３から射出される光の幅方向Ｈが投写面ＳＣに沿うように配置される。すなわち、第１の光射出部３および第２の光射出部４は、第１の光学素子３３および第２の光学素子４３で広角化された光が所定の平面（投写面ＳＣ）に沿うように配置されている。
【００４０】
また、光射出装置２は、図３に示すように、仮想中心面Ｐｖに対し、第１の光射出部３および第２の光射出部４が異なる方向に傾斜し、第１の光射出部３および第２の光射出部４それぞれが射出する光の一部が仮想中心面Ｐｖで重なるように配置されている。
具体的に、第１の光射出部３は、図３に示すように、−Ｙ方向から見て光軸３Ａが仮想中心面Ｐｖに対して時計回りの方向に傾斜角θａを有して配置される。第２の光射出部４は、光軸４Ａが仮想中心面Ｐｖに対して反時計回り方向に傾斜角θｂを有して配置される。また、本実施形態の第１の光射出部３と第２の光射出部４とは、仮想中心面Ｐｖに対して略対称に配置されている（θａ＝θｂ）。そして、光射出装置２は、投写面ＳＣの全面に沿う領域に光を射出する。
【００４１】
光射出装置２は、第１光路と第２光路とが交差していることにより、図３に示すように、光射出装置２の近い位置で第１の光射出部３、第２の光射出部４それぞれが射出する光が交わる。すなわち、光射出装置２は、近くの領域に十分な光強度の光を射出することが可能となる。これによって、光射出装置２は、投写面ＳＣ近くに配置された場合であっても、この投写面ＳＣにおける光射出装置２近傍の領域においても、指示体を検出可能な光強度の光を射出する。
【００４２】
図７は、光射出装置２から射出された光の投写面ＳＣに沿う領域における強度分布を示す図である。具体的に、図７は、第１の光射出部３から射出された光（第１射出光）の強度分布３Ｌ、第２の光射出部４から射出された光（第２射出光）の強度分布４Ｌ、および第１射出光と第２射出光とが合成された合成光の強度分布２０Ｌを示したものである。なお、投写面ＳＣのサイズに比べて第１の光射出部３、第２の光射出部４それぞれの光を射出する部位と仮想中心面Ｐｖとの距離が著しく小さいため、強度分布を説明するにあたっては、図７に示すように、第１の光射出部３、第２の光射出部４それぞれの光を射出する部位が仮想中心面Ｐｖに位置するものとして近似できる。また、図７に示す光の強度分布３Ｌ，４Ｌは、第１射出光、第２射出光それぞれの指示体を検出可能な光強度の範囲を示したものであり、強度分布２０Ｌは、第１射出光と第２射出光との合成光の指示体を検出可能な光強度の範囲を示したものである。
【００４３】
図８は、光射出装置２から射出された光の強度分布を理論的に示すグラフであり、仮想中心面Ｐｖ（図７参照）に対する角度θｐと、相対的な光強度との関係を示すグラフである。具体的に、図８は、第１射出光の強度分布３Ｌ、第２射出光の強度分布４Ｌ、および第１射出光と第２射出光とが合成された合成光の強度分布２０Ｌを示すグラフである。
【００４４】
本実施形態の光射出装置２は、横方向（Ｘ方向）の長さと縦方向（Ｚ方向）の長さとの比が２：１の横長の投写面ＳＣに沿って効率良く光が射出されるように設定されている。
光射出装置２から射出された光としては、投写面ＳＣに対し光射出装置２から最も遠い位置となる下辺の左右の端部に向かう光が強度のピークとなることが望まれる。そのため、本実施形態の光射出装置２は、図７に示すように、仮想中心面Ｐｖに対して反時計回りに傾斜する角度を＋（正）とすると、第１の光射出部３の傾斜角θａ（図３参照）が−４５°、第２の光射出部４の傾斜角θｂ（図３参照）が４５°に設定されている。
【００４５】
図８に示すように、第１射出光は、θｐが−４５°、すなわち、投写面ＳＣにおける第１の光射出部３が照射対象とする領域で第１の光射出部３から最も遠い位置となる左側の下端部に向かう光が最も光強度が高いものとなる。同様に、第２射出光は、θｐが４５°、すなわち、投写面ＳＣにおける第２の光射出部４が照射対象とする領域で第２の光射出部４から最も遠い位置となる右側の下端部に向かう光が最も光強度が高いものとなる。
【００４６】
小レンズ３３０がレンズ中心面３３０ｆに対して非対称に形成されている（図６参照）ことを述べたが、以下のような光の強度分布を有するように形成されている。すなわち、図８に示すように、第１射出光の強度分布３Ｌは、θｐが−４５°よりマイナス側（仮想中心面Ｐｖから遠ざかる側）の領域の光強度より、θｐが−４５°よりプラス側の（仮想中心面Ｐｖに近づく側）の領域の光強度の方が弱くなる。
【００４７】
具体的に、第１射出光の強度は、図７、図８の強度分布３Ｌに示すように、角度θｐが−４５°からマイナス方向に行くほど、すなわち、投写面ＳＣ下辺の左側端部から投写面ＳＣ上辺の左側端部に向かう程、光射出装置２から投写面ＳＣの左辺までの距離に応じて下降する。そして、第１射出光の強度は、図７の強度分布３Ｌに示すように、−４５°よりマイナス側の領域で指示体を検出可能な光強度を有している。
【００４８】
また、第１射出光の強度は、θｐが−４５°からプラス方向に行くほど、すなわち、投写面ＳＣ下辺の左側端部から仮想中心面Ｐｖに向かう程、下降する。また、その下降の程度は、角度θｐが−４５°よりマイナス側の領域の下降より急激なものとなる。また、第１射出光は、投写面ＳＣに沿う領域における仮想中心面Ｐｖの右側（＋Ｘ側）にも射出されるが、特にこの右側（＋Ｘ側）に射出される光の強度は弱いものとなる。
【００４９】
一方、第２射出光は、図７、図８に示すように、角度θｐが０°を挟んで第１射出光の強度分布３Ｌと対称の強度分布４Ｌを有し、一部が仮想中心面Ｐｖの両側で第１射出光の一部と重なる。
【００５０】
そして、第１射出光と第２射出光とは、図８に示すように、約４０°〜約−４０°の間で重なり、この間で、指示体を検出可能な光強度を有している。そして、光射出装置２から射出された光（第１射出光と第２射出光との合成光）の強度は、図８の強度分布２０Ｌに示すように、角度θｐが４５°および−４５°で最も高くなり、それ以外の角度の領域で滑らかに低くなる。すなわち、光射出装置２から射出された光は、図７の強度分布２０Ｌに示すように、光射出装置２から投写面ＳＣの各辺までの距離に応じた強度、すなわち、指示体を検出可能な光強度で投写面ＳＣ全てに沿って射出される。
【００５１】
このように、光射出装置２は、第１の光射出部３および第２の光射出部４から投写面ＳＣの略全領域に沿って光を射出する。なお、上述した傾斜角θａ，θｂの角度は、上述した縦横比の投写面ＳＣに対応したものであり、対象とする投写面ＳＣの形状が異なれば（例えば、アスペクト比が１６：９や、４：３の投写面ＳＣ等）、この形状に対応して異なる角度に設定されることが望まれる。
【００５２】
前述したように、第１の光射出部３は、第１方向および第２方向において、隣り合う小レンズ３３０の大きさが互いに異なる小レンズ３３０を有している。これによって、第１の光射出部３から射出される光は、干渉縞、および光強度のノイズが抑制される。
【００５３】
先ず、第１の光射出部３から射出される光の干渉が抑制されることを、本実施形態とは異なる構成の光学素子を用いた構成と比較して説明する。すなわち、第２方向に沿って配置された複数の小レンズが同じ大きさで形成され、かつ、この複数の小レンズが１列で構成された光学素子（図示省略、光学素子５１０とする）を用いた構成と比較して説明する。第１の光射出部３における第１の光学素子３３に替えて光学素子５１０を備えた光射出部を光射出部５００（図示省略）とする。
【００５４】
本実施形態とは異なる構成の光射出部５００の場合、小レンズが同じ大きさで形成されているので、各小レンズから射出された光は、位相差によって波同士で強め合うところと、打ち消し合うところとが規則的に交互に現れ、光の明暗、すなわち干渉縞が発生する。
一方、本実施形態の第１の光射出部３の場合、第２方向において、隣り合う小レンズ３３０の大きさが互いに異なる小レンズ３３０を有するように形成されているので、各小レンズ３３０から射出された光は、位相差による波同士で強め合うところ、および打ち消し合うところが明確に表れず、光の明暗、すなわち干渉縞が抑制される。
【００５５】
次に、第１の光射出部３から射出される光にノイズの発生が抑制されることを説明する。
前述した光射出部５００では発生する干渉縞を抑制するために、図９に示す光学素子６１０を用いた構成が考えられる。
図９は、本実施形態の光学素子体３４Ｕとは異なる構成の光学素子体６００Ｕの斜視図である。光学素子体６００Ｕは、図９に示すように、当該光学素子体６００Ｕの左側を構成し、第２方向に沿って配置された複数の小レンズ６１１を１列有する光学素子６１０を備えている。複数の小レンズ６１１は、第２方向において、隣り合う小レンズ６１１の大きさが互いに異なる小レンズ６１１を有している。
【００５６】
第１の光射出部３における第１の光学素子３３に替えて光学素子６１０を備えた光射出部を光射出部６００（図示省略）とする。
本実施形態とは異なる構成の光射出部６００から射出された光は、干渉縞は抑制されるが、光強度にノイズが発生する。
図１０は、光射出部６００から射出された光の強度分布をシミュレーションした結果を示すグラフであり、仮想中心面Ｐｖ（図７参照）に対する角度θｐと、光強度（ｍＷ／ｄｅｇ）との関係を示す図である。
【００５７】
光射出部６００から射出された光の強度分布は、図１０に示すように、全体的にθｐが−４５°において最も大きく、−４５°から離れる程小さくなるという、理論的な強度分布３Ｌ（図８参照）と同様の傾向を示すが、大きなノイズが発生する。これは、隣り合う小レンズ６１１の大きさが互いに異なるため、きれいな干渉縞としては表れず、ランダムな干渉パターンが表れているためと考えられる。
【００５８】
一方、本実施形態の第１の光射出部３から射出された光の強度分布は、ノイズが低減したものとなる。
図１１は、本実施形態の第１の光射出部３から射出された光の強度分布をシミュレーションした結果を示すグラフである。
図１１に示すように、本実施形態の第１の光射出部３から射出された光の強度分布は、光射出部６００（本実施形態とは異なる構成）から射出された光の強度分布（図１０参照）に比べて、ノイズが半減したものとなる。これは、各レンズ群３３Ｇから射出された光は、互いに強度分布の角度依存性が異なるので、複数のレンズ群３３Ｇ全体としては、強弱の程度が緩和され、すなわちノイズが低減されるものと考えられる。
【００５９】
そのため、理論上はレンズ群３３Ｇの数が多い程、ノイズは低減するが、レンズ群３３Ｇの数が増えるに従って第１の光学素子３３の製造が難しくなることや、製造上において光学的な有効領域が減る恐れがある。そのため、レンズ群３３Ｇの数は、光学的な損失が少ないように製造可能な数（列）で構成されることが望ましい。すなわち、本実施形態では、レンズ群３３Ｇが５列設けられた構成を示したが、複数であれば５列以外でであってもよい。
なお、図１０、図１１において、−９０°よりさらにマイナス側（仮想中心面Ｐｖから遠ざかる側）の領域では、光強度が顕著に大きくなっているが、この領域は、投写面ＳCの外側の領域であり、指示体の位置（反射位置）検出に使用されない領域である。
【００６０】
第２の光射出部４は、第１の光学素子３３と対称に形成された第２の光学素子４３を備えるので、第１の光射出部３と同様に、干渉縞、およびノイズを抑制した光を射出する。
【００６１】
以上述べたように、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）光射出装置２は、第１の光学素子３３が入射する光を幅方向Ｈ（所定方向）に対応する方向に広角化する小レンズ３３０を複数有し、第２の光学素子４３が入射する光を幅方向Ｈ（所定方向）に対応する方向に広角化する小レンズ４３０を複数有している。これによって、光射出装置２は、入射する光を広角化するレンズが１つで形成された光射出部を有する構成に比べ、第１の光源３１と第１の光学素子３３との位置合わせ精度、および第２の光源４１と第２の光学素子４３との位置合わせ精度を緩和しても、投写面ＳＣに沿う領域における光強度分布の偏りを抑制した光を射出することが可能となる。
さらに、光射出装置２は、第１の光学素子３３および第２の光学素子４３それぞれが、前述したように、大きさが異なる複数の小レンズ３３０，４３０を有し、干渉縞、および光強度のノイズを抑制した光を射出する。
したがって、組み立て工数を低減し、投写面ＳＣに沿う領域に光強度分布の偏りおよびノイズを抑制した光を射出する光射出装置２の提供が可能となる。
【００６２】
（２）光射出装置２は、互いに異なる方向を中心に光を射出する第１の光射出部３および第２の光射出部４を備えているので、さらに広い投写面ＳＣに沿って光を射出することが可能となる。
【００６３】
（３）第１の光射出部３および第２の光射出部４は、第１光路と第２光路とが交差するように配置されている。これによって、第１の光射出部３における第１の光学素子３３と、第２の光射出部４における第２の光学素子４３とを近づけて光射出装置２を構成できる。よって、第１の光射出部３および第２の光射出部４それぞれから射出された光が重なる位置を光射出装置２に近づけることが可能となる。よって、第１の光学素子３３と第２の光学素子４３とが並設された方向における小型化が可能で、投写面ＳＣの近くに配置できる光射出装置２の提供が可能となる。
【００６４】
（４）画像表示システム１００は、光射出装置２を備えるので、投写面ＳＣ上で操作される指示体等の位置を撮像装置１６（検出装置）にて精度良く検出し、検出結果に応じた画像、例えば、投写面ＳＣ上での指示体の軌跡を含む画像を投写装置によって投写面に投写することができる。
【００６５】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。
【００６６】
（変形例１）
図１２は、変形例１の光学素子体７０Ｕを示す斜視図である。図１３は、この光学素子体７０Ｕを−Ｙ側から見た平面図である。
光学素子体７０Ｕは、図１２、図１３に示すように、前記実施形態の光学素子体３４Ｕと同様に、左右対称に形成された第１の光学素子７１０および第２の光学素子７２０を有している。具体的に、光学素子体７０Ｕの左側に設けられた第１の光学素子７１０に注目して説明する。
【００６７】
第１の光学素子７１０は、光入射側に形成され、Ｙ方向（第１方向）の一方の端部（−Ｙ側の端部）側から他方の端部（＋Ｙ側の端部）側に向かって階段状に順次配置された第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数）のレンズ群７１Ｇを有している。図１２は、ｎ＝５の光学素子体７０Ｕを示している。
各レンズ群７１Ｇは、第２方向に並設された複数の小レンズ７１１を有している。複数のレンズ群７１Ｇは、第１方向および第２方向において、隣り合う小レンズ７１１の大きさが互いに異なる小レンズ７１１を有するように形成されている。
【００６８】
そして、第ｎのレンズ群７１Ｇにおける複数の小レンズ７１１は、第（ｎ−１）のレンズ群７１Ｇにおける第１方向（Ｙ方向）に隣り合う小レンズ７１１より突出している。換言すると、第１の光学素子７１０は、−Ｙ側から見て、それぞれの小レンズ７１１が他の小レンズ７１１で隠れないように形成されている。なお、一方の端部側を−Ｙ側の端部側としたが、一方の端部側を＋Ｙ側の端部側とする構成であってもよい。
この構成によれば、アンダーカットが生じないように、また光学特性に影響するような抜きテーパーを設けることなく、金型を用いた光学素子体７０Ｕの製造が可能となる。よって、前述した効果を奏するとともに、製造が容易な光学素子体７０Ｕ、ひいては製造が容易な光射出装置の提供が可能となる。
【００６９】
（変形例２）
図１４は、変形例２の光射出装置８を示す斜視図である。
前記実施形態の光射出装置２は、第１の光学素子３３と第２の光学素子４３とが一体で形成されているが、図１４に示すように、光学素子体３４Ｕに替えて別体で形成された第１の光学素子８１および第２の光学素子８２を有する構成であってもよい。
【００７０】
（変形例３）
図１５は、変形例３の光射出装置９を示す斜視図である。
前記実施形態の光射出装置２は、第１の光学素子３３と第２の光学素子４３とが一体で形成され、第１光路と第２光路とが交差するように構成されているが、図１５に示す構成であってもよい。すなわち、光学素子体３４Ｕに替えて別体で形成された第１の光学素子９１および第２の光学素子９２を有し、第１光路と第２光路とが交差しない構成であってもよい。
【００７１】
（変形例４）
前記実施形態の光学素子体３４Ｕおよび変形例１の光学素子体７０Ｕは、左右対称に形成されているが、左右対称でなくともよい。
【００７２】
（変形例５）
光射出部を１つ、あるいは３つ以上の備えた光射出装置を構成してもよい。
【００７３】
（変形例６）
前記実施形態では、画像表示システムとして、投写面ＳＣの前面側から画像を投写するフロント型の構成を説明したが、画像を表示する装置を用いる構成であれば、これに限定されるものではない。例えば、スクリーンの背面側から画像を投写するリア型のプロジェクターや、画像が投写されるスクリーンに代えて、液晶ディスプレイ、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等を有する構成であってもよい。
【符号の説明】
【００７４】
２，８，９…光射出装置、３…第１の光射出部、３Ａ，４Ａ…光軸、４…第２の光射出部、１５…投写装置、１６…撮像装置（検出装置）、３１，４１…光源、３２，４２…コリメーターレンズ、３３，４３，８１，８２，９１，９２，７１０，７２０…光学素子、３３Ｇ，４３Ｇ，７１Ｇ…レンズ群、１００…画像表示システム、３３０，４３０，７１１…小レンズ。
【図１】
2019106246.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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