JP2021081638A - 光射出装置および画像表示システム - Google Patents

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Abstract

【課題】面に沿って光を射出する光射出装置の部品点数削減および低コスト化を図る。【解決手段】光射出装置２は、投写面ＳＣに沿って光を射出してライトカーテンＬＣを作り出す。光射出装置２は、第１光束Ｅを射出する光源４と、第１光束Ｅを平行化するコリメーター５と、第１光束Ｅを第１部分光束ＥＡと第２部分光束ＥＢとに分離する光分離素子６と、第１光束拡幅素子７Ａおよび第２光束拡幅素子７Ｂを備える。光分離素子６は、例えば、ハーフミラーである。光分離素子６は、第１部分光束ＥＡを第１方向ＦＡに射出し、第２部分光束ＥＢを第２方向ＦＢに射出する。第１方向ＦＡおよび第２方向ＦＢを含む面を第１面Ｐとすると、第１光束拡幅素子７Ａは、第１面Ｐに沿う方向に第１部分光束ＥＡを拡幅し、第２光束拡幅素子７Ｂは、第１面Ｐに沿う方向に第２部分光束ＥＢを拡幅する。【選択図】図４

Description

本発明は、光射出装置および光射出装置を備えた画像表示システムに関する。
特許文献１には、画像が表示されたスクリーンなどの表示面上で操作されるペンや指などの指示体の位置を検出し、指示体の軌跡に応じた表示や操作を行う画像表示システムが開示されている。特許文献１の画像表示システムは、プロジェクターと、プロジェクターが投写する投写面（表示面）に沿って光を射出する光射出装置とを備え、光射出装置から射出される光により、投写面を覆うライトカーテンを形成する。投写面上で操作される指示体による光の反射に基づい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。
特許文献１の光射出装置は、第１光射出部および第２光出射部を備える。第１光射出部および第２光出射部は、それぞれ、光源、コリメートレンズ、およびパウエルレンズを備える。第１光射出部および第２光出射部は、各光出射部から出射する光の中心軸が、投写面に対して垂直な基準面に対して互いに逆方向に傾斜するように配置される。
図７は、比較例に係る光射出装置１０２の概略構成を示す模式図である。図７に示すように、光射出装置１０２は、装置本体１０１およびカバーレンズ１０９を備える。光射出装置１０２は、第１光射出部１０３および第２光射出部１０４を備える。第１光射出部１０３および第２光射出部１０４は、それぞれ、光源１０５、コリメートレンズ１０６、およびパウエルレンズ１０８を備える。パウエルレンズ１０８は、光学素子１０７の表面に配列され、アレイ化されている。第１光射出部１０３から射出される第１光束Ｅ１の光軸１０３Ａは、投写面に対して垂直な仮想中心面Ｐｖに対して時計回り方向に傾いており、第２光射出部１０４から射出される第２光束Ｅ２の光軸１０４Ａは、仮想中心面Ｐｖに対して反時計回り方向に傾いている。
特開２０１５−１１１３８５号公報
特許文献１および比較例のように、２つの光出射部を備えていれば、一方の光射出部から投写面の下端の左端に向かって光を射出し、他方の光射出部から投写面の下端の右端に向かって光を射出することができる。従って、投写面全体を覆うライトカーテンを形成することができ、投写面上の位置による光の強度の差を小さくすることができる。しかしながら、２つの光照射部を用いると、部品点数が多く高コストになるという問題がある。
上記の問題点に鑑みて、本発明の課題は、光射出装置の部品点数削減および低コスト化を図ることにある。
本発明に係る光射出装置は、第１光束を射出する光源と、前記第１光束を平行化するコリメーターと、前記第１光束を、第１部分光束と、第２部分光束に分離する光分離素子と、第１光束拡幅素子と、第２光束拡幅素子と、を備え、前記光分離素子は、前記第１部分光束を第１方向に射出し、前記第２部分光束を第２方向に射出し、前記第１方向および前記第２方向を含む面を第１面とすると、前記第１光束拡幅素子は、前記第１面に沿う方向に前記第１部分光束を拡幅し、前記第２光束拡幅素子は、前記第１面に沿う方向に前記第２部分光束を拡幅することを特徴とする。
本発明に係る画像表示システムは、上記の光射出装置と、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。
実施形態１に係る画像表示システムの概略構成を示す模式図である。 プロジェクターの概略構成を示すブロック図である。 投写面および光射出装置を投写面の正面から見た模式図である。 実施形態１に係る光射出装置の概略構成を示す模式図である。 実施形態２に係る光射出装置の概略構成を示す模式図である。 実施形態３に係る光射出装置の概略構成を示す模式図である。 比較例に係る光射出装置の概略構成を示す模式図である。
以下に、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。
［実施形態１］
（画像表示システムの構成）
図１は、実施形態１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、プロジェクター１および光射出装置２を備える。プロジェクター１は、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。光射出装置２は、投写面ＳＣの上方に設置されている。光射出装置２は、投写面ＳＣに沿って光を射出してライトカーテンＬＣを作り出す。
なお、本明細書では、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Ｙとし、投写面ＳＣに向かう方向を前方（＋Ｙ方向）とする。また、鉛直方向（重力方向）をＺ方向とし、重力に逆らう方向を上方（＋Ｚ方向）とする。また、前後方向Ｙおよび鉛直方向Ｚに直交する方向を左右方向Ｘとし、投写面ＳＣに向かって右側を＋Ｘ方向とする。投写面ＳＣは、ＸＺ面に平行な面である。
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、投写装置１５と、検出装置としての撮像装置１６とを備える。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を備える。投写装置１５は、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、投写レンズ１３から映像光ＧＬとして投写する。
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等を利用したものを用いることができる。
制御部１４は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等を備え、コンピューターとして機能するものである。制御部１４は、プロジェクター１の動作の制御のほか、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。
撮像装置１６は、ＣＣＤやＣＭＯＳ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）によって反射された成分である反射光ＲＬを検知することにより、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。以上により、投写面ＳＣ上でのユーザーの動作に応じた画像表示であるインタラクティブな画像表示をすることができる。
（光射出装置の構成）
図３は、投写面ＳＣおよび光射出装置２を投写面ＳＣの正面から見た模式図である。図４は、光射出装置２の概略構成を示す模式図である。図３に示すように、光射出装置２は、投写面ＳＣの上方（＋Ｚ方向）に配置されるとともに、左右方向Ｘ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、投写面ＳＣに沿って光を射出する。光射出装置２は、装置本体２１およびカバーレンズ２２を備える。装置本体２１は、筐体２３と、筐体２３の内部に収容される光射出部３を備える。図３では、光射出部３の一部（光束拡幅素子７）のみを図示し、光射出部３の他の部分は図示を省略している。
図４に示すように、光射出部３は、光源４と、コリメーター５と、光分離素子６と、光束拡幅素子７を備える。光束拡幅素子７は、第１光束拡幅素子７Ａ、および、第２光束拡幅素子７Ｂを備える。後述するように、第１光束拡幅素子７Ａと第２光束拡幅素子７Ｂは、第１光束拡幅素子７Ａと第２光束拡幅素子７Ｂの間に位置する仮想中心面Ｃを基準として対称に構成される。光射出部３は、第１光束拡幅素子７Ａおよび第２光束拡幅素子７Ｂから互いに異なる方向を中心に光を射出する。図３に示すように、光射出部３は、第１光束拡幅素子７Ａから第１出射光ＬＡを射出し、第２光束拡幅素子７Ｂから第２出射光ＬＢを射出する。
図３に示すように、投写面ＳＣの左右方向Ｘの中心で投写面ＳＣに直交し、且つ、鉛直方向Ｚに延びる面（ＹＺ平面に沿う面）を仮想中心面Ｐｖとしたとき、光束拡幅素子７の仮想中心面Ｃは、仮想中心面Ｐｖと一致する。第１出射光ＬＡおよび第２出射光ＬＢは、仮想中心面Ｐｖに対して略対称に射出される。第１出射光ＬＡは仮想中心面Ｐｖの左側（＋Ｘ方向とは反対側）を中心にライトカーテンＬＣを形成し、第２出射光ＬＢは仮想中心面Ｐｖの右側（＋Ｘ方向）を中心にライトカーテンＬＣを形成する。投写面ＳＣの左右方向Ｘの中央では、第１出射光ＬＡの一部と第２出射光ＬＢの一部とが重なり合う。これにより、光射出装置２は、投写面ＳＣの全面に沿う領域に光を射出して、投写面ＳＣの全面を覆うライトカーテンＬＣを作り出す。
第１出射光ＬＡは、第１光軸３ａ上の位置で光の強度が最大であり、第１光軸３ａを中心として投写面ＳＣに沿う方向に光が拡がる。第１光軸３ａ上の光の強度をピーク強度とし、光の強度がピーク強度の所定割合以上となる角度範囲を有効範囲θＡとしたとき、第１出射光ＬＡの有効範囲θＡは、第１光軸３ａを中心として９０°よりも大きい所定の角度範囲に設定されている。例えば、ピーク強度の１０％以上の強度が得られる範囲を有効範囲θＡとしたとき、有効範囲θＡは、仮想中心面Ｐｖに対して第１光軸３ａとは反対側（＋Ｘ方向）に１０°傾斜した方向と、水平方向から上方（＋Ｚ方向）に５°傾斜した方向との間の範囲に設定されている。
第２出射光ＬＢは、仮想中心面Ｐｖを基準として第１光軸３ａと対称な第２光軸３ｂ上の位置で光の強度がピーク強度となり、第２光軸３ｂを中心として投写面ＳＣに沿う方向に光が拡がる。第２出射光ＬＢの有効範囲θＢは、第１出射光ＬＡの有効範囲θＡと同一（θＡ＝θＢ）である。すなわち、第２出射光ＬＢの有効範囲θＢは、仮想中心面Ｐｖに対して第２光軸３ｂとは反対側（＋Ｘ方向とは反対側）に１０°傾斜した方向と、水平方向から上方（＋Ｚ方向）に５°傾斜した方向との間の範囲に設定されている。
第１出射光ＬＡと第２出射光ＬＢは、−Ｙ方向から見て、第１光軸３ａが仮想中心面Ｐｖに対して反時計回りの方向に傾斜し、第２光軸３ｂが仮想中心面Ｐｖに対して時計回り方向に傾斜する。仮想中心面Ｐｖに対する第１光軸３ａの傾斜角θａの大きさと第２光軸３ｂの傾斜角θｂの大きさは同一（θａ＝θｂ）である。
傾斜角θａ、θｂは、投写面ＳＣの縦横比に対応した角度に設定される。例えば、光射出装置２は、縦横比が１６：１０の横長の投写面ＳＣに沿って効率良く光を射出するように構成される。具体的には、光射出装置２から最も遠い位置となる投写面ＳＣの下辺の左右の端部に向かう光が最も強度が高くなるようにするため、第１光軸３ａが投写面ＳＣの下辺の左側の端部に向かい、且つ、第２光軸３ｂが投写面ＳＣの下辺の右側の端部に向かうように、傾斜角θａ、θｂが設定される。なお、投写面ＳＣの縦横比は、１６：１０に限定されるものではなく、他の値であってもよい。例えば、２：１であってもよいし、４：３であってもよい。
光射出装置２において、光源４は、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、例えば、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する。光源４は、活性層に沿う幅方向Ｈと、幅方向Ｈに直交し、活性層やクラッド層が積層される積層方向Ｖとで配光特性が異なるタイプ、例えばマルチモード発振型のレーザー光源が用いられている。図４に示すように、光源４からの光は、幅方向Ｈおよび積層方向Ｖに直交するＳ方向に射出される。すなわち、Ｓ方向が光源４の光軸４Ａに沿った方向である。実施形態１では、幅方向ＨとＳ方向とが、投写面ＳＣに沿った方向となっている。すなわち、幅方向ＨとＳ方向とが、ＸＺ面と平行になるように光射出装置２が設置される。
コリメーター５は、光源４から射出された第１光束Ｅを略平行化する。すなわち、コリメーター５は、光軸４Ａ上の１点から射出されて光軸４Ａに対して角度を有して拡がる第１光束Ｅを、光軸４Ａに対して略平行となるように進行させる。
光分離素子６は、第１光束Ｅを第１部分光束ＥＡと第２部分光束ＥＢに分離して互いに異なる方向に射出する。実施形態１の光分離素子６は、ハーフミラーである。第１部分光束ＥＡは、光分離素子６を透過した光束であり、光分離素子６から第１方向ＦＡに射出される。第２部分光束ＥＢは、光分離素子６の反射面６１で反射された光束であり、光分離素子６から第２方向ＦＢに射出される。第１部分光束ＥＡと第２部分光束ＥＢは、コリメーター５で平行化された状態が維持されている。
光分離素子６は、光束拡幅素子７の仮想中心面Ｃと同一平面上に位置する反射面６１を備える。従って、第１部分光束ＥＡと第２部分光束ＥＢは、仮想中心面Ｃを基準として左右対称に射出される。−Ｙ方向から見た場合に、第１方向ＦＡは、仮想中心面Ｃに対して反時計回り方向に傾斜する。また、第２方向ＦＢは、仮想中心面Ｃに対して時計回り方向に傾斜する。仮想中心面Ｃに対する第１方向ＦＡの傾斜角θ１と第２方向ＦＢの傾斜角θ２は同一（θ１＝θ２）である。
光射出装置２は、上記のように、光分離素子６へ入射する第１光束Ｅの射出方向であるＳ方向が投写面ＳＣに沿う方向になるように設置される。従って、光分離素子６によって分離された第１部分光束ＥＡの射出方向である第１方向ＦＡと、第２部分光束ＥＢの射出方向である第２方向ＦＢを含む第１面Ｐ（図１参照）は、投写面ＳＣに平行な面であり、ＸＺ平面に平行な面である。光束拡幅素子７は、第１部分光束ＥＡおよび第２部分光束ＥＢを第１面Ｐに沿う方向に拡幅する。
光束拡幅素子７は、単一の光学素子である。すなわち、第１光束拡幅素子７Ａおよび第２光束拡幅素子７Ｂは、単一の光学素子に設けられている。光束拡幅素子７は、屈折率が高い合成樹脂等の素材からなり、鉛直方向Ｚから見て矩形状である。図４に示すように、光束拡幅素子７は、左側（−Ｘ方向）に第１光束拡幅素子７Ａを有し、右側（＋Ｘ方向）に第２光束拡幅素子７Ｂを有する。光束拡幅素子７は、仮想中心面Ｃを基準として左右対称な形状である。従って、第１光束拡幅素子７Ａと第２光束拡幅素子７Ｂは、仮想中心面Ｃを基準として左右対称に構成されている。
なお、光束拡幅素子７は、仮想中心面Ｃを基準として対称に配置される第１光束拡幅素子７Ａと第２光束拡幅素子７Ｂを備えていればよく、実施形態１のように、その外形が仮想中心面Ｃを基準として左右対称な形状でなくてもよい。
第１光束拡幅素子７Ａは、光分離素子６が位置する側（光入射側）に複数の小レンズ７１を配列した第１入射面７１Ｎが設けられ、光射出側に第１平面７１Ｓが設けられている。小レンズ７１は、パウエルレンズである。第１平面７１Ｓは、仮想中心面Ｃから遠ざかるに従って、光分離素子６が配置される側（＋Ｚ方向）へ向かう方向へ傾斜して延びている。各小レンズ７１は、積層方向Ｖに延びている。複数の小レンズ７１は、第１入射面７１Ｎにおいて、積層方向Ｖと直交する方向である幅方向Ｈに配列される。ここで、幅方向Ｈは、第１面Ｐに沿う方向であって、第１部分光束ＥＡの射出方向である第１方向ＦＡと直交する方向である。
第１光束拡幅素子７Ａは、光分離素子６から射出される第１部分光束ＥＡを、幅方向Ｈにおいては拡幅し、積層方向Ｖにおいては、コリメーター５にて略平行化された方向を維持する。この際、第１光束拡幅素子７Ａに設けられた複数の小レンズ７１は、幅方向Ｈにおいて隣り合う小レンズ７１で拡幅した光が重畳されるように形成されている。すなわち、第１光束拡幅素子７Ａは、入射する第１部分光束ＥＡを積層方向Ｖに直交する方向のうち幅方向Ｈに対応する方向にのみ拡幅する。従って、第１光束拡幅素子７Ａから射出される第１出射光ＬＡは、第１光軸３ａを中心として、投写面ＳＣに沿う方向にのみ拡幅されている。
第２光束拡幅素子７Ｂは、光分離素子６が位置する側（光入射側）に複数の小レンズ７２を配列した第２入射面７２Ｎが設けられ、光射出側に第２平面７２Ｓが設けられている。小レンズ７２は、パウエルレンズである。第２平面７２Ｓは、仮想中心面Ｃから遠ざかるに従って、光分離素子６が配置される側（＋Ｚ方向）へ向かう方向へ傾斜して延びている。複数の小レンズ７２は、第２入射面７２Ｎにおいて、仮想中心面Ｃを基準として幅方向Ｈに対して対称な第２幅方向Ｈ１に配列される。ここで、第２幅方向Ｈ１は、第１面Ｐに沿う方向であって、第２部分光束ＥＢの射出方向である第２方向ＦＢと直交する方向である。
第２光束拡幅素子７Ｂは、光分離素子６から射出される第２部分光束ＥＢを、第２幅方向Ｈ１においては拡幅し、積層方向Ｖにおいては、コリメーター５にて略平行化された方向を維持する。この際、第２光束拡幅素子７Ｂに設けられた複数の小レンズ７２は、第２幅方向Ｈ１において隣り合う小レンズ７２で拡幅した光が重畳されるように形成されている。すなわち、第２光束拡幅素子７Ｂは、入射する第２部分光束ＥＢを積層方向Ｖに直交する方向のうち第２幅方向Ｈ１に対応する方向にのみ拡幅する。従って、第２光束拡幅素子７Ｂから射出される第２出射光ＬＢは、第２光軸３ｂを中心として、投写面ＳＣに沿う方向にのみ拡幅されている。
光射出装置２は、図３に示すように、第１光束拡幅素子７Ａから射出される光の幅方向Ｈ、および、第２光束拡幅素子７Ｂから射出される光の幅方向である第２幅方向Ｈ１が投写面ＳＣの左右方向Ｘに沿う方向である。従って、第１光束拡幅素子７Ａから射出される第１出射光ＬＡ、および、第２光束拡幅素子７Ｂから射出される第２出射光ＬＢは、投写面ＳＣの左右方向Ｘに沿う方向で拡幅される。
（実施形態１の主な作用効果）
以上のように、実施形態１の光射出装置２は、第１光束Ｅを射出する光源４と、第１光束Ｅを平行化するコリメーター５と、第１光束Ｅを、第１部分光束ＥＡと、第２部分光束ＥＢに分離する光分離素子６と、第１光束拡幅素子７Ａと、第２光束拡幅素子７Ｂと、を備える。光分離素子６は、第１部分光束ＥＡを第１方向ＦＡに射出し、第２部分光束ＥＢを第２方向ＦＢに射出する。第１方向ＦＡおよび第２方向ＦＢを含む面を第１面Ｐとすると、第１光束拡幅素子７Ａは、第１面Ｐに沿う方向に第１部分光束ＥＡを拡幅し、第２光束拡幅素子７Ｂは、第１面Ｐに沿う方向に第２部分光束ＥＢを拡幅する。
実施形態１の光射出装置２は、このように、光源４から射出される第１光束Ｅを第１部分光束ＥＡと第２部分光束ＥＢに分割して異なる２方向へ射出する。また、第１部分光束ＥＡは第１光束拡幅素子７Ａによって拡幅され、第２部分光束ＥＢは第２光束拡幅素子７Ｂによって拡幅される。従って、投写面ＳＣの全面を覆うライトカーテンＬＣを作り出すために必要な光源４およびコリメーターの数を１つにすることができるので、光射出装置２の部品点数を少なくすることができる。よって、部品コストを削減できる。また、組立工数を少なくすることができる。さらに、光射出装置２の小型化を図ることができる。
実施形態１では、光分離素子６がハーフミラーである。従って、光分離素子６の部品コストが低いので、光射出装置２の部品コストを削減できる。
実施形態１の光射出装置２は、第１光束拡幅素子７Ａおよび第２光束拡幅素子７Ｂが単一の光学素子である。すなわち、単一の光学素子である光束拡幅素子７が第１光束拡幅素子７Ａおよび第２光束拡幅素子７Ｂを備えている。このように、第１光束拡幅素子７Ａおよび第２光束拡幅素子７Ｂが単一の光学素子であることにより、部品点数を少なくでき、組立工数を少なくできる。また、第１光束拡幅素子７Ａおよび第２光束拡幅素子７Ｂの位置精度を高めることができる。
実施形態１では、第１光束拡幅素子７Ａおよび第２光束拡幅素子７Ｂがパウエルレンズである。パウエルレンズを用いることにより、投写面ＳＣに沿う方向には光束を拡幅し、投写面ＳＣと交差する方向には光束を拡幅しないようにすることができる。従って、投写面ＳＣに沿う方向に光を射出してライトカーテンＬＣを作り出すことができる。
また、実施形態１では、第１光束拡幅素子７Ａがパウエルレンズからなる小レンズ７１をアレイ化したレンズアレイを備えている。また、第２光束拡幅素子７Ｂも同様にパウエルレンズからなる小レンズ７２をアレイ化したレンズアレイを備えている。このように、パウエルレンズをアレイ化することによって、隣り合う小レンズ７１、７２によって広角化された光が重畳されるので、投写面ＳＣに沿う方向の光の強度分布の偏りを抑制することができる。
［実施形態２］
図５は、実施形態２に係る光射出装置２Ａの概略構成を示す模式図である。実施形態２の光射出装置２Ａは、光射出部３Ａを備える。光射出部３Ａは、光分離素子８を除く部分が実施形態１の光射出部３と同一である。従って、同一の構成については同じ符号を付して説明を省略する。また、画像表示システム１００への適用も実施形態１の場合と同様であるため、説明を省略する。
実施形態２の光分離素子８は、入射光をＰ偏光とＳ偏光に分離する偏光分離素子である。より具体的には、光分離素子８は、２つの直角プリズムを貼り合わせて接合面８０に誘電体多層膜などの金属薄膜を形成した偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）である。偏光ビームスプリッターは、ハーフミラーよりも組立容易性が高い。すなわち、ハーフミラーは薄型の部材であるため、精度良く配置することが難しいが、偏光ビームスプリッターはキューブ形であるため、精度良く配置することが容易である。
光分離素子８とコリメーター５との間には、第１位相差板８１が配置される。第１位相差板８１はλ／４板である。第１光束Ｅはレーザー光であり、第１位相差板８１を通過することにより円偏光に変換される。第１光束Ｅは、光分離素子８により、接合面８０を透過する第１部分光束ＥＡと、接合面で反射される第２部分光束ＥＢとに分離される。第１部分光束ＥＡはＰ偏光であり、第２部分光束ＥＢはＳ偏光である。光分離素子８は、第１部分光束ＥＡを第１方向ＦＡに射出し、第２部分光束ＥＢを第２方向ＦＢに射出する。
光分離素子８と第２光束拡幅素子７Ｂとの間には、第２位相差板８２が配置される。第２位相差板８２はλ／２板である。第２部分光束ＥＢは、第２位相差板８２を通過することにより、Ｓ偏光からＰ偏光に変換される。これにより、第２光束拡幅素子７Ｂに入射する際の第２部分光束ＥＢの表面反射を減らすことができる。従って、ライトカーテンＬＣの光量の低下を抑制でき、効率を向上させることができる。
［実施形態３］
図６は、実施形態３に係る光射出装置２Ｂの概略構成を示す模式図である。実施形態３の光射出装置２Ｂは、光射出部３Ｂを備える。光射出部３Ｂは、光分離素子９の構成、ならびに、光源４およびコリメーター５の配置を除く部分が実施形態１と同一である。従って、同一の構成については同じ符号を付して説明を省略する。また、画像表示システム１００への適用も実施形態１の場合と同様であるため、説明を省略する。
実施形態３の光分離素子９は、三角プリズムである。光分離素子９は、第１傾斜面９１および第２傾斜面９２と、底面９３とを備える。光分離素子９は、光束拡幅素子７の仮想中心面Ｃを基準として左右対称に構成される。第１傾斜面９１は仮想中心面Ｃに対して反時計回り方向に傾斜し、第２傾斜面９２は仮想中心面Ｃに対して時計回り方向に傾斜する。実施形態３では、光源４の光軸４Ａが仮想中心面Ｃ上に位置し、且つ、光軸４Ａが鉛直方向Ｚと平行になるように光源４およびコリメーター５が配置される。第１光束Ｅは、一部が第１傾斜面９１に入射し、一部が第２傾斜面９２に入射する。
第１傾斜面９１に入射した光束は、底面９３から第１方向ＦＡに射出される。第２傾斜面９２に入射した光束は、底面９３から第２方向ＦＢに射出される。従って、光分離素子９によって、第１光束Ｅは、第１方向ＦＡに射出される第１部分光束ＥＡと、第２方向ＦＢに射出される第２部分光束ＥＢに分離される。
実施形態３は、光分離素子９として三角プリズムを用いるので、光分離素子９の部品コストが低い。従って、光射出装置２Ｂの部品コストを削減できる。
また、実施形態３は、光源４、コリメーター５、光分離素子９、および光束拡幅素子７を仮想中心面Ｃに沿う方向に一列に配置できるので、組立が容易である。また、光射出装置２Ｂの左右方向Ｘの寸法を小さくすることができる。
［実施形態１−３の変形例］
（１）上記各実施形態において、第１光束拡幅素子７Ａおよび第２光束拡幅素子７Ｂの一方が、パウエルレンズとは異なる光学素子であってもよい。例えば、シリンドリカルレンズなどの指向性レンズであってもよい。また、第１光束拡幅素子７Ａおよび第２光束拡幅素子７Ｂの両方がシリンドリカルレンズであってもよい。さらに、小レンズをアレイ化したレンズアレイを用いる代わりに、単一のパウエルレンズを用いてもよい。
（２）上記各実施形態において、第１光束拡幅素子７Ａおよび第２光束拡幅素子７Ｂとして、互いに分離された別体の光学素子を用いてもよい。
［他の実施形態］
本発明は、上記の各実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様を実施することが可能である。例えば、上記各実施形態の画像表示システム１００は、プロジェクター１によって投写面ＳＣに映像光ＧＬを投写するものであったが、投写面ＳＣは画像を表示する表示面であればよい。例えば、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等の表示面を光射出装置によって形成されるライトカーテンで覆う構成であってもよい。
１…プロジェクター、２、２Ａ、２Ｂ…光射出装置、３、３Ａ、３Ｂ…光射出部、３Ａ…第１光軸、３Ｂ…第２光軸、４…光源、４Ａ…光源の光軸、５…コリメーター、６、８、９…光分離素子、７…光束拡幅素子、７Ａ…第１光束拡幅素子、７Ｂ…第２光束拡幅素子、１０…ペン、１１…投写用光源、１２…光変調装置、１３…投写レンズ、１４…制御部、１５…投写装置、１６…撮像装置、２１…装置本体、２２…カバーレンズ、２３…筐体、６１…反射面、７１…小レンズ、７１Ｎ…第１入射面、７１Ｓ…第１平面、７２…小レンズ、７２Ｎ…第２入射面、７２Ｓ…第２平面、８０…接合面、８１…第１位相差板、８２…第２位相差板、９１…第１傾斜面、９２…第２傾斜面、９３…底面、１００…画像表示システム、１０１…装置本体、１０２…光射出装置、１０３…第１光射出部、１０３Ａ…第１光軸、１０４…第２光射出部、１０４Ａ…第２光軸、１０５…光源、１０６…コリメートレンズ、１０７…光学素子、１０８…パウエルレンズ、１０９…カバーレンズ、Ｃ…仮想中心面、Ｅ、Ｅ１…第１光束、Ｅ２…第２光束、ＥＡ…第１部分光束、ＥＢ…第２部分光束、ＦＡ…第１方向、ＦＢ…第２方向、ＧＬ…映像光、Ｈ…幅方向、Ｈ１…第２幅方向、ＬＡ…第１出射光、ＬＢ…第２出射光、ＬＣ…ライトカーテン、Ｍ…支持装置、Ｐ…第１面、Ｐｖ…仮想中心面、ＲＬ…反射光、ＳＣ…投写面、Ｖ…積層方向、Ｘ…左右方向、Ｙ…前後方向、Ｚ…鉛直方向、θ１…第１方向の傾斜角、θ２…第２方向の傾斜角、θａ…第１光軸の傾斜角、θＡ…第１出射光の有効範囲、θｂ…第２光軸の傾斜角、θＢ…第２出射光の有効範囲。

Claims (9)

  1. 第１光束を射出する光源と、
    前記第１光束を平行化するコリメーターと、
    前記第１光束を、第１部分光束と、第２部分光束に分離する光分離素子と、
    第１光束拡幅素子と、
    第２光束拡幅素子と、を備え、
    前記光分離素子は、前記第１部分光束を第１方向に射出し、前記第２部分光束を第２方向に射出し、
    前記第１方向および前記第２方向を含む面を第１面とすると、
    前記第１光束拡幅素子は、前記第１面に沿う方向に前記第１部分光束を拡幅し、
    前記第２光束拡幅素子は、前記第１面に沿う方向に前記第２部分光束を拡幅することを特徴とする光射出装置。
  2. 前記光分離素子は、ハーフミラーであることを特徴とする請求項１に記載の光射出装置。
  3. 前記光分離素子は、三角プリズムであることを特徴とする請求項１に記載の光射出装置。
  4. 前記光分離素子は、偏光分離素子であることを特徴とする請求項１に記載の光射出装置。
  5. 前記コリメーターと前記偏光分離素子との間に第１位相差板が配置されることを特徴とする請求項４に記載の光射出装置。
  6. 前記偏光分離素子と前記第２光束拡幅素子との間に第２位相差板が配置されることを特徴とする請求項５に記載の光射出装置。
  7. 前記第１光束拡幅素子および前記第２光束拡幅素子は、単一の光学素子であることを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の光射出装置。
  8. 前記第１光束拡幅素子および前記第２光束拡幅素子の一方もしくは両方がパウエルレンズであることを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の光射出装置。
  9. 請求項１から８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。
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