CN110865505A - 光学元件、光射出装置以及图像显示系统 - Google Patents

光学元件、光射出装置以及图像显示系统 Download PDF

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Abstract

光学元件、光射出装置以及显示系统。在使用对小透镜进行阵列化而得到的光学元件的情况下，抑制由于光入射到在小透镜的接缝处产生的塌边而引起的衍射噪声。光射出装置具有第1光射出部和第2光射出部。第1光射出部具有对第1光源的光进行广角化的第1光学元件，第2光射出部具有对第2光源的光进行广角化的第2光学元件。在第1光学元件的第1入射面上排列有多个第1小透镜。第1小透镜是使第1小透镜的切线与第1入射面所成的角度的最大值大于第1光与第1入射面所成的角度的形状，因此，第1光不会入射到相邻的第1小透镜的接缝。第2光学元件也同样地构成。

Description

光学元件、光射出装置以及图像显示系统
技术领域
本发明涉及光学元件和具有光学元件的光射出装置、以及具有光射出装置的图像显示系统。
背景技术
在专利文献1中公开了如下的图像显示系统：检测在显示图像的屏幕等显示面上操作的笔、手指等指示体的位置，进行与指示体的轨迹对应的显示、操作。专利文献1的图像显示系统具有投影仪和沿着投影仪投射的投射面(显示面)射出光的光射出装置，通过从光射出装置射出的光，生成覆盖投射面的光帘。投影仪根据在投射面上操作的指示体对光的反射来检测指示体的位置，根据其检测结果进行投射。
专利文献1的光射出装置具有光射出部和壳体。光射出部具有：光源；准直仪，其是使从光源射出的光大致平行的透镜；以及定向性透镜，其对通过准直仪而大致平行化后的光中的沿着投射面的方向(第1方向)的光进行广角化。在专利文献1中，使用鲍威尔透镜作为定向性透镜。关于鲍威尔透镜，从与第1方向正交的第2方向观察时，光入射侧为凸面状，并且光射出侧为平坦状，从第1方向观察时为矩形状。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-111385号公报
发明内容
发明要解决的课题
当使用单一的鲍威尔透镜作为定向性透镜时，在鲍威尔透镜与光源的位置发生偏移的情况下，沿着投射面的方向的光的强度分布的偏移显著。因此，提出了使定向性透镜的入射面成为对凸面状的小透镜进行阵列化而得到的形状的方案。通过对小透镜进行阵列化，使通过小透镜分别广角化后的光重叠。因此，即使鲍威尔透镜与光源的位置精度降低，也能够抑制沿着投射面的方向的光的强度分布的偏移。
但是，对小透镜进行阵列化而得到的光学元件在构成阵列的小透镜的接缝处产生塌边。对小透镜进行阵列化而得到的光学元件在其制造时不能消除小透镜的接缝的塌边。当光入射到产生了塌边的部分时，存在由于阵列化而产生的衍射噪声被放大的问题。
鉴于上述问题点，本发明的课题在于，在使用对小透镜进行阵列化而得到的光学元件的情况下，抑制由于光入射到在小透镜的接缝处产生的塌边而引起的衍射噪声。
用于解决课题的手段
本发明的光射出装置的特征在于，所述光射出装置具有：第1光源；第1准直仪，其使从所述第1光源射出的光与第1光轴大致平行；第1光学元件，其具有第1入射面，在该第1入射面上形成有在与所述第1光轴不同的第1方向上对从所述第1准直仪射出的第1光进行广角化的多个第1小透镜；第2光源；第2准直仪，其使从所述第2光源射出的光与第2光轴大致平行；第2光学元件，其具有第2入射面，在该第2入射面上形成有在与所述第2光轴不同且与所述第1方向相同的方向上对从所述第2准直仪射出的第2光进行广角化的多个第2小透镜，所述第1小透镜是使所述第1小透镜的切线与所述第1入射面所成的角度的最大值大于所述第1光与所述第1入射面所成的角度的形状，所述第2小透镜是使所述第2小透镜的切线与所述第2入射面所成的角度的最大值大于所述第2光与所述第2入射面所成的角的形状。
在本发明中，所述第1小透镜是如下形状：在相对于沿与所述第1光相同的方向延伸的所述第1小透镜的切线的切点靠所述第1小透镜的接缝侧的区域中，所述第1小透镜的切线与所述第1入射面所成的角度大于所述第1光与所述第1入射面所成的角度。
在本发明中，所述第2小透镜是如下形状：在相对于沿与所述第2光相同的方向延伸的所述第2小透镜的切线的切点靠所述第2小透镜的接缝侧的区域中，所述第2小透镜的切线与所述第2入射面所成的角度大于所述第2光与所述第2入射面所成的角度。
在本发明中，所述第1小透镜是鲍威尔透镜。
在本发明中，所述第2小透镜是鲍威尔透镜。
在本发明中，设置在所述第1光学元件上的所述多个第1小透镜包含多个尺寸的所述第1小透镜。
在本发明中，设置在所述第2光学元件上的所述多个所述第2小透镜包含多个尺寸的所述第2小透镜。
在本发明中，在所述光学元件的下游侧设置有曲面形状的透镜罩。
在本发明中，所述透镜罩能够以与所述第1方向大致平行的旋转轴线为中心进行旋转。
本发明的图像显示系统的特征在于，所述图像显示系统具有：上述光射出装置；检测装置，其检测从所述光射出装置射出的光的反射位置；以及投射装置，其投射与由所述检测装置检测到的检测结果对应的图像。
本发明的光学元件具有入射面，该入射面形成有在与光轴不同的第1方向上对通过准直仪而与所述光轴大致平行的第1光进行广角化的多个小透镜，其特征在于，所述小透镜是使所述小透镜的切线与所述入射面所成的角度的最大值大于所述第1光与所述入射面所成的角度的形状。
在本发明中，所述小透镜是鲍威尔透镜。
附图说明
图1是示出本实施方式的图像显示系统的概略结构的示意图。
图2是示出投影仪的概略结构的框图。
图3是示出本实施方式的光射出装置的概略结构的示意图。
图4是示出从光射出装置射出的光的沿着投射面的区域中的强度分布的图。
图5是示出从光射出装置射出的光的理论强度分布的曲线图。
图6是示出第1光学元件的一部分的俯视图。
图7是示出对从小透镜的接缝处不存在塌边的光学元件射出的光的强度分布进行模拟的结果的曲线图。
图8是示出对从小透镜的接缝处存在塌边的光学元件射出的光的强度分布进行模拟的结果的曲线图。
图9是示出对从小透镜的接缝处存在突起的光学元件射出的光的强度分布进行模拟的结果的曲线图。
图10是示出变形例1的光射出装置的概略结构的示意图。
图11是示出变形例2的光射出装置的概略结构的示意图。
标号说明
1：投影仪；2、2A、2B：光射出装置；3：第1光射出部；3A：第1光轴；4：第2光射出部；4A：第2光轴；10：笔；11：投射用光源；12：光调制装置；13：投射镜头；14：控制部；15：投射装置；16：摄像装置；22：透镜罩；31：第1光源；32：第1准直仪；33、133、233：第1光学元件；33N：第1入射面；33S：第1平面；34：光学元件体；41：第2光源；42：第2准直仪；43、143、243：第2光学元件；43N：第2入射面；43S：第2平面；100：图像显示系统；330：第1小透镜；331：中心轴；332：透镜中心面；333：第1面；334：第2面；334a：第1区域；334b：第2区域；335：接缝；336：边界；430：第2小透镜；C1：第1切点；E1：第1光；E2：第2光；F1：第1切线；GL：影像光；H：宽度方向；L：第1轴；LC：光帘；M：支承装置；Pv：假想中心面；RL：反射光；SC：投射面；V：层叠方向；X：左右方向；Y：前后方向；Z：铅直方向。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，在以下所示的各图中，设各结构要素为附图上能够识别的程度的大小，因此，使各结构要素的尺寸、比例与实际情况适当不同。
(图像显示系统的结构)
图1是示出本实施方式的图像显示系统100的概略结构的示意图。如图1所示，图像显示系统100具有投影仪1和光射出装置2。如图1所示，投影仪1支承在设置于屏幕、白板等投射面SC的上方的壁面的支承装置M上，从朝向下方的一侧向投射面SC投射图像。光射出装置2在后面详细说明，但是，如图1所示，光射出装置2设置在投射面SC的上方，沿着投射面SC射出光而生成光帘LC。
另外，在本说明书中，为了便于说明，如图1所示，设相对于投射面SC的法线方向为前后方向Y，设朝向投射面SC的方向为前方(+Y方向)。此外，设铅直方向(重力方向)为Z方向，设与重力相反的方向为上方(+Z方向)。此外，设与前后方向Y以及铅直方向Z正交的方向为左右方向X，设朝向投射面SC时的右侧为+X方向。投射面SC是与XZ面平行的面。
图2是示出投影仪1的概略结构的框图。如图2所示，投影仪1具有投射装置15和作为检测装置的摄像装置16。投射装置15具有投射用光源11、光调制装置12、投射镜头13和控制部14。投射装置15将与所输入的图像信息对应的图像、与由摄像装置16检测到的检测结果对应的图像作为影像光GL从投射镜头13进行投射。
投射装置15利用光调制装置12根据图像信息对从投射用光源11射出的光进行调制，并从投射镜头13向投射面SC投射调制后的光。另外，作为投射用光源11，能够使用放电型的光源、发光二极管、激光器等固体光源。此外，作为光调制装置12，能够使用利用了液晶面板的装置、微镜型的装置例如利用了DMD等的装置。
控制部14具有CPU、ROM、RAM等，作为计算机发挥功能，除了进行投影仪1的动作的控制以外，例如还进行基于从后述摄像装置16输出的信息的与图像的投射有关的控制等。
摄像装置16例如具有CCD、CMOS等摄像元件(图示省略)，拍摄作为被摄体的投射面SC，将所拍摄的信息输出到控制部14。此外，摄像装置16检测从光射出装置2射出的光被指示体(例如笔10、使用者的手指等)反射的成分即反射光RL，由此检测指示体的位置(反射位置)，将检测到的信息输出到控制部14。
投影仪1根据从摄像装置16输出的信息，对投射面SC上的指示体的位置进行分析，根据其分析结果，例如进行在图像信息上重叠了表示指示体的轨迹的线的重叠图像的投射、要投射的图像的变更等。如上所述，能够进行与投射面SC上的用户动作对应的图像显示即交互图像显示。
(光射出装置的结构)
图3是示出光射出装置2的概略结构的示意图。光射出装置2在投射面SC的上方(+Z方向)在左右方向X上配置在投射面SC的大致中央。光射出装置2沿着投射面SC射出光。光射出装置2具有装置主体和透镜罩22。装置主体具有第1光射出部3、第2光射出部4和将它们收容在内部的壳体。
如图1所示，光射出装置2设置成从投射面SC的上方的壁面向后方突出。因此，第1光射出部3和第2光射出部4相对于投射面SC从后方的出射位置朝向下方照射光。
透镜罩22是向下方凸出的曲面形状。透镜罩22从前后方向Y观察时为圆弧形状或椭圆弧形状，以假想中心面Pv为中心而对称配置。此外，透镜罩22沿前后方向Y延伸，从铅直方向Z观察时为矩形状。透镜罩22被支承为能够以与左右方向X大致平行的旋转轴线即第1轴L为中心进行旋转。由此，在装置主体的安装角度和透镜罩22的安装角度偏移的情况下，能够使透镜罩22旋转来消除偏移。或者，如果使用在使透镜罩22旋转时从第1光射出部3和第2光射出部4朝向透镜罩22射入的光的入射方向变化的形状的透镜罩22，则也能够通过透镜罩22的角度调整来变更光帘LC的形状。
如图3所示，第1光射出部3和第2光射出部4排列在左右方向X上，以相互不同的方向为中心射出光。在第1光射出部3与第2光射出部4之间，设与投射面SC正交且沿铅直方向Z延伸的面(沿着YZ平面的面)为假想中心面Pv时，第1光射出部3和第2光射出部4构成为以假想中心面Pv为基准而左右对称。第1光射出部3具有第1光源31、第1准直仪32和第1光学元件33。第1准直仪32和第1光学元件33配置在第1光源31的光轴即第1光轴3A上，向左斜下方射出光。
第2光射出部4与第1光射出部3同样，具有第2光源41、第2准直仪42和第2光学元件43，并具有从第2光源41到第2光学元件43的第2光路。第2准直仪42和第2光学元件43配置在第2光源41的光轴即第2光轴4A上，以右斜下方为中心射出光。
在光射出装置2中，在从前后方向Y观察的情况下，第1光轴3A和第2光轴4A在第1光学元件33和第2光学元件43的光路前级交叉。具体而言，第1光轴3A和第2光轴4A在第1准直仪32与第1光学元件33之间以及第2准直仪42与第2光学元件43之间交叉。即，在光射出装置2中构成为从第1光射出部3和第2光射出部4分别射出的光的一部分重叠。
第1光源31和第2光源41是射出光强度的峰值大约为940nm的波长的激光光源，例如具有作为发光部的活性层以及层叠在活性层的两侧的包层等。第1光源31和第2光源41使用配光特性在沿着活性层的宽度方向H和与宽度方向H正交且层叠活性层、包层的层叠方向V上不同的类型例如多模振荡型的激光光源。来自第1光源31和第2光源41的光向与宽度方向H以及层叠方向V正交的S方向射出。即，S方向是沿着第1光轴3A、第2光轴4A的方向。在本实施方式中，宽度方向H和S方向为沿着图1所示的投射面SC的方向。即，宽度方向H以及S方向与XZ面平行。
第1准直仪32使从第1光源31射出的光大致平行。同样，第2准直仪42使从第2光源41射出的光大致平行。例如，第1准直仪32使从第1光轴3A上的1点射出且相对于第1光轴3A具有角度地扩展的成分光与第1光轴3A大致平行地行进。同样，第2准直仪42使从第2光轴4A上的1点射出且相对于第2光轴4A具有角度地扩展的成分光与第2光轴4A大致平行地行进。
第1光学元件33和第2光学元件43设置成单一的光学元件体34。光学元件体34由折射率较高的合成树脂等原材料构成，从铅直方向Z观察时为矩形状。如图3所示，光学元件体34在左侧(-X方向)具有第1光学元件33，在右侧(+X方向)具有第2光学元件43，是以假想中心面Pv为基准而左右对称的形状。在设第1光射出部3与第2光射出部4之间、与投射面SC正交且沿铅直方向Z延伸的面(沿着YZ平面的面)为假想中心面Pv时，光学元件体34配置成关于假想中心面Pv对称。
第1光学元件33向与第1准直仪32之间的距离随着远离假想中心面Pv而变大的方向倾斜。第1光学元件33在与第1准直仪32相对的一侧(光入射侧)设置有排列了多个第1小透镜330而成的第1入射面33N，在光射出侧设置有第1平面33S。各第1小透镜330是鲍威尔透镜，第1准直仪32侧为凸面状。在第1入射面33N中，各第1小透镜330沿层叠方向V延伸，在与层叠方向V正交的方向上排列有多个第1小透镜330。多个第1小透镜330在第1入射面33N上沿宽度方向H排列，并且，沿与第1准直仪32之间的距离随着远离假想中心面Pv而变大的方向排列。
第1光学元件33在宽度方向H上对从第1准直仪32射出的第1光E1进行广角化，在层叠方向V上维持通过第1准直仪32而大致平行的方向，以第1光轴3A为中心进行射出。即，第1光学元件33仅在与第1光轴3A正交的方向中的与宽度方向H对应的方向上对入射的第1光E1进行广角化。此时，设置在第1光学元件33上的多个第1小透镜330形成为使通过在宽度方向H上相邻的第1小透镜330进行广角化后的光重叠。
第2光学元件43构成为关于假想中心面Pv与第1光学元件33对称。即，第2光学元件43在与第2准直仪42相对的一侧(光入射侧)设置有排列了多个第2小透镜430而成的第2入射面43N，在光射出侧设置有第2平面43S。各第2小透镜430是鲍威尔透镜。第2光学元件43仅在与第2光轴4A正交的方向中的与宽度方向H对应的方向上对从第2准直仪42射出的第2光E2进行广角化。此时，设置在第2光学元件43上的多个第2小透镜430形成为使通过在宽度方向H上相邻的第2小透镜430进行广角化后的光重叠。
如图3所示，光射出装置2配置成使从第1光学元件33和第2光学元件43射出的光的宽度方向H成为沿着投射面SC的方向。即，第1光射出部3和第2光射出部4配置成使通过第1光学元件33和第2光学元件43广角化后的光在沿着投射面SC的左右方向X的方向上广角化。即，光射出装置2在与第1光轴3A以及第2光轴4A均不同的第1方向即左右方向X上使从第1准直仪32和第2准直仪42射出的第1光E1和第2光E2广角化。
此外，在光射出装置2中，如图3所示，第1光射出部3和第2光射出部4相对于假想中心面Pv向不同的方向倾斜，第1光射出部3射出的光的一部分和第2光射出部4射出的光的一部分在假想中心面Pv的位置重叠。具体而言，从-Y方向观察时，第1光轴3A相对于假想中心面Pv向顺时针方向倾斜，第2光轴4A相对于假想中心面Pv向逆时针方向倾斜。第1光轴3A相对于假想中心面Pv的倾斜角θa的大小和第2光轴4A相对于假想中心面Pv的倾斜角θb的大小相同(θa＝θb)，第1光射出部3和第2光射出部4关于假想中心面Pv大致对称地配置。由此，光射出装置2向沿着投射面SC的整面的区域射出光，生成覆盖投射面SC的整面的光帘LC。
倾斜角θa、θb设定为与投射面SC的纵横比对应的角度。例如，光射出装置2构成为沿着纵横比为2：1的横长的投射面SC高效地射出光。具体而言，为了使朝向作为离光射出装置2最远的位置的投射面SC的下边的左右端部的光的强度最高，以第1光轴3A朝向投射面SC下边的左侧端部且第2光轴4A朝向投射面SC的下边的右侧端部的方式设定倾斜角θa、θb。在纵横比为2：1的情况下，倾斜角θa、θb设定为45°。另外，投射面SC的纵横比不限于2：1，也可以是其他值。例如，也可以是16：10。
在光射出装置2中，第1光射出部3的光路和第2光射出部4的光路交叉，由此，如图3所示，第1光射出部3射出的光和第2光射出部4射出的光在接近光射出装置2的位置处重叠。即，光射出装置2能够向光射出装置2附近的区域射出光强度足够大的光。由此，即使在光射出装置2配置在投射面SC附近的情况下，在该投射面SC中的光射出装置2附近的区域中，也射出能够检测指示体的光强度的光。
图4是示出从光射出装置2射出的光的沿着投射面SC的区域中的强度分布的图。具体而言，图4示出从第1光射出部3射出的光(第1射出光)的强度分布3L和从第2光射出部4射出的光(第2射出光)的强度分布4L。另外，第1光射出部3和第2光射出部4各自的射出光的部位与假想中心面Pv之间的距离明显小于投射面SC的尺寸，因此，在说明强度分布时，如图4所示，第1光射出部3和第2光射出部4各自的射出光的部位近似位于假想中心面Pv。图4所示的光的强度分布3L、4L示出第1射出光和第2射出光各自的能够检测指示体的光强度的范围。
图5是示出从光射出装置2射出的光的理论强度分布的曲线图，是示出相对于假想中心面Pv(参照图3)的角度与相对光强度之间的关系的曲线图。具体而言，图5是示出第1射出光的强度分布3L和第2射出光的强度分布4L的曲线图。
本实施方式的光射出装置2沿着横向(X方向)的长度与纵向(Z方向)的长度之比为2：1的横长的投射面SC高效地射出光。如图5所示，在设相对于假想中心面Pv逆时针倾斜的角度为+(正)时，第1光射出部3的倾斜角θa(参照图3)为-45°，第2光射出部4的倾斜角θb(参照图3)为45°。由此，关于从光射出装置2射出的光的强度分布，朝向成为投射面SC的离光射出装置2最远的位置的下边的左右端部的光为强度的峰值。即，第1射出光的θa为-45°，即朝向投射面SC中的作为第1光射出部3的照射对象的区域内成为离第1光射出部3最远的位置的左侧的下端部的光的光强度最高。同样，第2射出光的θb为45°，即朝向投射面SC中的作为第2光射出部4的照射对象的区域中内成为离第2光射出部4最远的位置的右侧的下端部的光的光强度最高。由此，如图4所示，从光射出装置2射出的光以能够检测指示体的光强度沿着投射面SC的全部区域射出。
(小透镜的形状)
图6是示出第1光学元件33的一部分的俯视图，是图3的区域A的放大图。第1光学元件33和第2光学元件43关于假想中心面Pv对称。因此，下面对设置在第1光学元件33上的第1小透镜330的形状进行说明，第2小透镜430的形状相同，因此省略说明。
如图3所示，第1小透镜330为凸面状，沿着第1入射面33N排列。如图6所示，第1小透镜330穿过沿着层叠方向V的中心轴331，是关于与第1平面33S正交的透镜中心面332不对称的非球面状。即，第1小透镜330具有相对于透镜中心面332位于假想中心面Pv侧的第1面333、以及相对于透镜中心面332位于与第1面333相反的一侧的第2面334，第1面333和第2面334是不对称的形状。第1面333和第2面334的形状是抑制沿着投射面SC的方向的光强度分布的偏移的形状。此外，如以下说明的那样，第1小透镜330是使从第1准直仪32出射的第1光E1不会入射到该第1小透镜330与相邻的第1小透镜330之间的接缝335的形状。在本说明书中，相邻的第1小透镜330的接缝335是指在制造时在透镜形状中产生塌边或突起的部分。
在第1小透镜330中，沿与第1光E1的入射方向(即第1光轴3A的方向)相同的方向延伸的第1切线F1和第1小透镜330相切的第1切点C1位于第2面334。第2面334具有相对于第1切点C1位于接缝335侧(即，与透镜顶点相反的一侧)的第1区域334a、以及相对于第1切点C1位于与接缝335相反的一侧(即，透镜顶点侧)的第2区域334b。本实施方式的第1小透镜330是第2面334的切线与第1入射面33N所成的角度随着从透镜中心面332朝向接缝335侧而增大的形状。因此，第2面334的第1区域334a和接缝335成为相对于沿与第1光E1相同的方向延伸的第1切线F1向第1平面33S侧凹陷的形状。
这样，第1小透镜330的第2面334的第1区域334a和接缝335是相对于第1切线F1凹陷的形状，因此，在第1光E1入射到第1小透镜330时，利用第2面334的第2区域334b使第1区域334a和接缝335避开第1光E1。因此，第1光E1不会入射到第1区域334a和接缝335。
第1小透镜330是第1小透镜330的切线F与第1入射面33N所成的角度的最大值θmax大于第1光E1与第1入射面33N所成的角度θ0的形状。如图6所示，第1光E1与第1入射面33N所成的角度θ0是第1切线F1与第1入射面33N所成的角度，是穿过第1切点C1且与第1入射面33N平行的面和第1切线F1所成的角度。此外，如上所述，第1小透镜330是切线与第1入射面33N所成的角度随着从透镜中心面332朝向接缝335侧而增大的形状。因此，在第2面334与接缝335的边界336成为切点的情况下，第1小透镜330的切线与第1入射面33N所成的角度成为最大值θmax。
在本实施方式中，通过使第1小透镜330的切线F与第1入射面33N所成的角度的最大值θmax大于第1光E1与第1入射面33N所成的角度θ0，成为第1小透镜330的第1区域334a和接缝335位于相对于第1切线F1凹陷的位置的形状，实现第1光E1不会入射到接缝335的形状。
另外，在第1小透镜330中，第1光E1至少不会入射到接缝335即可，为此，是至少接缝335位于相对于第1切线F1凹陷的位置的形状即可。
关于本实施方式的第1小透镜330，与沿第1光E1的入射方向延伸的第1切线F1的切点即第1切点C1位于第1小透镜330的第2面334。这种情况下，不使第1光E1入射到接缝335的条件是：设第2面334的切线与第1入射面33N所成的角度的最大值为最大值θmax，以满足最大值θmax>角度θ0的关系式的方式设定第2面334的形状。但是，第2面334的形状设为第2面334的切线与第1入射面33N所成的角度随着从透镜中心面332朝向接缝335侧而增大的形状。
此外，本实施方式的第1小透镜330是如下形状：在相对于第1切点C1靠接缝335侧的区域即第1区域334a中，第1小透镜330的切线与第1入射面33N所成的角度大于第1光E1与第1入射面33N所成的角度θ0。由此，第1区域334a和接缝335的全部区域成为相对于第1切线F1凹陷的形状。
在第1光学元件33中，多个第1小透镜330的尺寸是随机的，包含多个尺寸的小透镜。尺寸不同的第1小透镜330是如下形状：截面为相似形，无论其尺寸如何，均满足最大值θmax>角度θ0的条件。在第1光射出部3中，第1光学元件33具有尺寸不同的多个第1小透镜330，因此，减少由于对第1小透镜330进行阵列化而引起的干涉条纹。即，在以相同大小形成第1小透镜330的情况下，从各第1小透镜330射出的光根据相位差而规则地交替出现波彼此增强的部分和抵消的部分，产生光的明暗即干涉条纹。本实施方式的第1光学元件33通过使第1小透镜330的尺寸随机化，减少了干涉条纹。
另一方面，由于使多个第1小透镜330的尺寸随机化而在光强度中产生偏差，衍射噪声被放大，但是，在本实施方式中，采用了第1光E1不会入射到相邻的第1小透镜330的接缝335的透镜形状，因此，降低了衍射噪声。因此，第1光射出部3射出抑制了干涉条纹和衍射噪声的光。此外，第2光射出部4通过同样的结构射出抑制了干涉条纹和衍射噪声的光。
(基于接缝的形状而实现的噪声降低效果的模拟)
图7是示出对从小透镜的接缝处不存在塌边的光学元件射出的光的强度分布进行模拟的结果的曲线图。此外，图8是示出对从小透镜的接缝处存在塌边的光学元件射出的光的强度分布进行模拟的结果的曲线图，图9是示出对从小透镜的接缝处存在突起的光学元件射出的光的强度分布进行模拟的结果的曲线图。在图8、图9的模拟中，塌边宽度和突起宽度均为20μm。图7～图9是示出相对于假想中心面Pv(参照图3)的角度与光强度(mW/deg)之间的关系的图，虚线表示必要强度的理论值，实线表示模拟结果。
根据图7～图9，接缝处存在塌边的光学元件和接缝处存在突起的光学元件的衍射噪声(强度分布的偏差)均较大，是不存在塌边的光学元件的强度分布的偏差的2倍以上。因此，可知通过采用不使光入射到接缝处的透镜形状，大幅度降低了衍射噪声。
(本方式的主要作用效果)
如上所述，本实施方式的光射出装置2具有第1光射出部3和第2光射出部4，第1光射出部3具有：第1光源31，其射出光；第1准直仪32，其使从第1光源31射出的光与第1光轴3A大致平行；以及第1光学元件33，其形成有在与第1光轴3A不同的第1方向即左右方向X上对从第1准直仪32射出的第1光E1进行广角化的多个第1小透镜330。此外，第2光射出部4具有：第2光源41，其射出光；第2准直仪42，其使从第2光源41射出的光与第2光轴4A大致平行；以及第2光学元件43，其形成有在与第2光轴4A不同的第1方向即左右方向X上对从第2准直仪42射出的第2光E2进行广角化的多个第2小透镜430。第1小透镜330是第1小透镜330的切线与形成有第1小透镜330的第1入射面33N所成的角度的最大值θmax大于第1光E1与第1入射面33N所成的角度θ0的形状，第2小透镜430也是同样的形状。即，第2小透镜430是第2小透镜430的切线与第2入射面43N所成的角度的最大值大于第2光E2与第2入射面43N所成的角的形状。
在本实施方式的第1光学元件33中，设置在第1入射面33N上的第1小透镜330是上述形状，其结果，成为相邻的第1小透镜330的接缝335相对于沿与第1光E1相同的方向延伸的第1切线F1凹陷的形状。因此，在第1光学元件33中，第1光E1不会入射到相邻的第1小透镜330的接缝335，因此，能够降低由于光入射到透镜的塌边部分而引起的衍射噪声。由此，通过使第1小透镜330的尺寸随机化来减少干涉条纹，并且能够抑制由于随机化而引起的衍射噪声的增大。由此，实现能够射出减少了干涉条纹和衍射噪声的光的第1光学元件33。此外，第2光学元件43也同样能够射出减少了干涉条纹和衍射噪声的光。
在本实施方式中，通过使用这种第1光学元件33和第2光学元件43，实现能够射出减少了干涉条纹和衍射噪声的光的光射出装置2。由此，本实施方式的图像显示系统100能够增大根据来自笔10等指示体的反射光RL检测指示体的位置时的检测精度。此外，可增大能够检测指示体的区域。
本实施方式的第1小透镜330是如下形状：在相对于与沿第1光E1的入射方向延伸的第1切线F1的切点即第1切点C1靠接缝335侧的区域即第1区域334a中，第1小透镜330的切线与第1入射面33N所成的角度大于第1光E1与第1入射面33N所成的角度θ0。由此，成为第1区域334a和接缝335的全部区域相对于第1切线F1凹陷的形状，第1光E1不会入射到接缝335。由此，能够从第1光射出部3射出减少干涉条纹和衍射噪声的光。此外，第2小透镜430也是同样的形状，因此，能够从第2光射出部4射出减少干涉条纹和衍射噪声的光。
在本实施方式中，第1光轴3A和第2光轴4A在第1光学元件33和第2光学元件43的光路前级交叉。因此，光射出装置2能够向光射出装置2附近的区域射出光强度足够大的光，因此，在光射出装置2配置在投射面SC附近的情况下，在投射面SC中的光射出装置2附近的区域中，也可射出能够检测指示体的光强度的光。
在本实施方式中，第1光射出部3和第2光射出部4具有对由鲍威尔透镜构成的第1小透镜330和第2小透镜430进行阵列化而得到的透镜阵列。这样，通过对鲍威尔透镜进行阵列化，使通过相邻的第1小透镜330和第2小透镜430广角化后的光重叠。因此，即使存在第1光源31与第1光学元件33的位置精度的降低以及第2光源41与第2光学元件43的位置精度的降低的情况，也能够抑制沿着投射面SC的方向的光的强度分布的偏移。由此，能够缓和第1光源31与第1光学元件33的对位精度并缓和第2光源41与第2光学元件43的对位精度。
在本实施方式中，多个第1小透镜330的尺寸是随机的，包含多个尺寸的第1小透镜330。由此，能够减少从第1小透镜330射出的光中产生的干涉条纹。此外，第2小透镜430也是同样的结构，多个第2小透镜430的尺寸是随机的，包含多个尺寸的第2小透镜430。因此，能够减少从第2小透镜430射出的光中产生的干涉条纹。
本实施方式的光射出装置2具有设置在第1光学元件33和第2光学元件43的下游侧的曲面形状的透镜罩22。通过使透镜罩22成为曲面形状，能够减小从第1光射出部3和第2光射出部4出射的光入射到透镜罩22时的入射角度。因此，能够减少由于界面反射而引起的光的损失。
在本实施方式中，透镜罩22被支承为能够以与左右方向X大致平行的旋转轴线即第1轴L为中心进行旋转。由此，能够将透镜罩22的安装角度调整为适当的角度。
[变形例1]
图10是示出变形例1的光射出装置2A的概略结构的示意图。在变形例1的光射出装置2A中，第1光学元件133和第2光学元件143是分体的，未设置成单一的光学元件体，除了这点以外，与上述实施方式同样地构成。此外，在图像显示系统中的应用也与上述实施方式的情况相同。
变形例1的第1光学元件133具有形成有多个第1小透镜330的第1入射面33N，与上述实施方式同样，第1小透镜330是第1光E1不会入射到相邻的第1小透镜330的接缝的形状。同样，第2光学元件143具有形成有多个第2小透镜430的第2入射面43N，与上述实施方式同样，第2小透镜430是第2光E2不会入射到相邻的第2小透镜430的接缝的形状。因此，能够得到与上述实施方式相同的作用效果。
[变形例2]
图11是示出变形例2的光射出装置2B的概略结构的示意图。变形例2的光射出装置2B与变形例1同样，第1光学元件233和第2光学元件243是分体的，未设置成单一的光学元件体。此外，在从前后方向Y观察的情况下，以第1光轴3A在第1准直仪32与第2光学元件243之间的光路上不与第2光轴4A交叉的方式构成第1光射出部3和第2光射出部4。除了上述两点以外，变形例2的光射出装置2B与上述实施方式同样地构成。此外，在图像显示系统中的应用也与上述实施方式的情况相同。
变形例2的第1光学元件233具有形成有多个第1小透镜330的第1入射面33N，与上述实施方式同样地，第1小透镜330是第2光E2不会入射到相邻的第1小透镜330的接缝的形状。同样，第2光学元件243具有形成有多个第2小透镜430的第2入射面43N，与上述实施方式同样地，第2小透镜430是第1光E1不会入射到相邻的第2小透镜430的接缝的形状。因此，能够得到与上述实施方式相同的作用效果。此外，也可以不使第1光射出部3的光路和第2光射出部4的光路交叉，因此，第1光射出部3和第2光射出部4的设计的自由度增大。
[其他实施方式]
本发明不限于上述实施方式和变形例，能够在不脱离其主旨的范围内以各种形式进行实施。例如，上述实施方式的图像显示系统100通过投影仪1向投射面SC投射影像光GL，但是，投射面SC是显示图像的显示面即可。例如，也可以构成为利用由光射出装置形成的光帘覆盖液晶显示器、有机EL显示器等显示面。

Claims (14)

1.一种光射出装置，其特征在于，其具有：
第1光源；
第1准直仪，其使从所述第1光源射出的光与第1光轴大致平行；
第1光学元件，其具有第1入射面，在该第1入射面上形成有在与所述第1光轴不同的第1方向上对从所述第1准直仪射出的第1光进行广角化的多个第1小透镜；
第2光源；
第2准直仪，其使从所述第2光源射出的光与第2光轴大致平行；
第2光学元件，其具有第2入射面，在该第2入射面上形成有在与所述第2光轴不同且与所述第1方向相同的方向上对从所述第2准直仪射出的第2光进行广角化的多个第2小透镜，
所述第1小透镜是使所述第1小透镜的切线与所述第1入射面所成的角度的最大值大于所述第1光与所述第1入射面所成的角度的形状，
所述第2小透镜是使所述第2小透镜的切线与所述第2入射面所成的角度的最大值大于所述第2光与所述第2入射面所成的角度的形状。
2.根据权利要求1所述的光射出装置，其特征在于，
所述第1小透镜是如下形状：在相对于沿与所述第1光相同的方向延伸的所述第1小透镜的切线的切点靠所述第1小透镜的接缝侧的区域中，所述第1小透镜的切线与所述第1入射面所成的角度大于所述第1光与所述第1入射面所成的角度。
3.根据权利要求1或2所述的光射出装置，其特征在于，
所述第2小透镜是如下形状：在相对于沿与所述第2光相同的方向延伸的所述第2小透镜的切线的切点靠所述第2小透镜的接缝侧的区域中，所述第2小透镜的切线与所述第2入射面所成的角度大于所述第2光与所述第2入射面所成的角度。
4.根据权利要求1所述的光射出装置，其特征在于，
在从与包含所述第1光轴和所述第2光轴的面正交的方向观察的情况下，所述第1光轴在所述第1准直仪与所述第1光学元件之间的光路上与所述第2光轴交叉。
5.根据权利要求1所述的光射出装置，其特征在于，
在从与包含所述第1光轴和所述第2光轴的面正交的方向观察的情况下，所述第1光轴在所述第1准直仪与所述第1光学元件之间的光路上不与所述第2光轴交叉。
6.根据权利要求1所述的光射出装置，其特征在于，
所述第1小透镜是鲍威尔透镜。
7.根据权利要求1所述的光射出装置，其特征在于，
所述第2小透镜是鲍威尔透镜。
8.根据权利要求1所述的光射出装置，其特征在于，
设置在所述第1光学元件上的所述多个第1小透镜包含多个尺寸的所述第1小透镜。
9.根据权利要求1所述的光射出装置，其特征在于，
设置在所述第2光学元件上的所述多个第2小透镜包含多个尺寸的所述第2小透镜。
10.根据权利要求1所述的光射出装置，其特征在于，
在所述光学元件的下游侧设置有曲面形状的透镜罩。
11.根据权利要求10所述的光射出装置，其特征在于，
所述透镜罩能够以与所述第1方向大致平行的旋转轴线为中心进行旋转。
12.一种图像显示系统，其特征在于，其具有：
权利要求1～11中的任意一项所述的光射出装置；
检测装置，其检测从所述光射出装置射出的光的反射位置；
投射面；以及
投射装置，其向所述投射面投射与由所述检测装置检测到的检测结果对应的图像。
13.一种光学元件，其具有入射面，该入射面形成有在与第1光的入射方向不同的第1方向上对入射的所述第1光进行广角化的多个小透镜，其特征在于，
所述小透镜是使所述小透镜的切线与所述入射面所成的角度的最大值大于所述第1光与所述入射面所成的角度的形状。
14.根据权利要求13所述的光学元件，其特征在于，
所述小透镜是鲍威尔透镜。
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