JP6972609B2 - 光射出装置および画像表示システム - Google Patents
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Description
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る指示体
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)。
ートレンズと、コリメートレンズにて平行化された光のうち、投写面に沿う方向(第1方
向)の光を広角化する指向性レンズ(パウエルレンズ)と、を備えている。
パウエルレンズは、第1方向に直交する第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。
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位置合わせのための工数が増加するという課題がある。
形態または適用例として実現することが可能である。
であって、前記光射出部は、光を射出する光源と、前記光源から射出された光を平行化す
るためのコリメーターレンズと、前記コリメーターレンズを通過した光を、前記光源の光
軸に直交するとともに、互いに直交する第1方向および第2方向のうちの前記第1方向に
対応する方向に広角化する複数の小レンズを有する光学素子と、を備えることを特徴とす
る。
化された光を、光学素子で第1方向に対応する方向に広角化させて射出する。これによっ
て、対象とする所定の平面(対象平面)の一方の側に、第1方向が対象平面に沿うように
光射出装置を配置することで、光源から射出された光を有効に利用して、この対象平面に
沿って光を射出する光射出装置を提供することができる。
また、光射出装置は、光学素子が複数の小レンズを有し、この複数の小レンズそれぞれ
が入射する光を広角化する。そして、光学素子から射出された光は、複数の小レンズで広
角化された光が重畳した光となる。これによって、光射出装置は、広角化する部材が1つ
のレンズで形成される構成に比べ、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することが可能となる。よって、組み
立て工数(位置の調整工数)を低減し、対象平面に沿う領域に光強度分布のバラツキを抑
制した光を射出する光射出装置の提供が可能となる。
また、光源が射出する光の強度分布の依存度を低減させることが可能なので、光源選択
の自由度を高めることが可能となる。
さが前記第2方向の大きさより大きい発光部を有し、前記光学素子は、入射する光を前記
第1方向に対応する方向にのみ広角化することが好ましい。
の方が小さい発光部からの光が入射するので、コリメーターレンズから出射される光は、
第1方向よりも第2方向の方がより平行となった光となる。そして、光学素子は、入射す
る光を第1方向に対応する方向にのみ広角化する。これによって、光射出装置は、回折を
抑制するとともに、より広い範囲に効率よく対象平面に沿って光を射出することが可能と
なる。
対し、射出する光の進行方向が前記仮想中心面から次第に遠ざかるように配置された第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の前記光射出部は、前記仮想
中心面に対して一方側に傾斜する第1傾斜方向を中心に光を射出し、前記第2の前記光射
出部は、前記仮想中心面に対して他方側に傾斜する第2傾斜方向を中心に光を射出し、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、それぞれが射出する光の一部が
前記仮想中心面の両側で重なるように配置されていることが好ましい。
2の光射出部を備えているので、対象平面の一方側から、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。
また、矩形状の対象平面に対し、この矩形状の四辺のうちの一辺の中央部近傍に光射出
装置を配置し、第1の光射出部からこの一辺に対向する辺の一方の角部に向かう方向を第
1傾斜方向、第2の光射出部から他方の角部に向かう方向を第2傾斜方向とすることで、
この対象平面における光射出装置から最も遠くに位置する角部近傍に向かう光の強度を高
めたものとすることができる。よって、矩形状の広い対象平面に沿って、効率良く光を射
出する光射出装置の提供が可能となる。
前記第2方向に沿う中心軸を有し、前記第1の前記光射出部における前記複数の小レンズ
それぞれは、前記中心軸を通り、前記第1傾斜方向に沿う第1レンズ中心面に対して非対
称に形成され、前記第2の前記光射出部における前記複数の小レンズそれぞれは、前記中
心軸を通り、前記第2傾斜方向に沿う第2レンズ中心面に対して非対称に形成され、前記
第1の前記光射出部は、前記第1傾斜方向に対して前記仮想中心面側へ傾斜する角度方向
の光強度が、前記第1傾斜方向に対して前記仮想中心面とは反対側へ傾斜する角度方向の
光強度より低い光を射出し、前記第2の前記光射出部は、前記第2傾斜方向に対して前記
仮想中心面側へ傾斜する角度方向の光強度が、前記第2傾斜方向に対して前記仮想中心面
とは反対側へ傾斜する角度方向の光強度より低い光を射出することが好ましい。
レンズそれぞれは、上述したように非対称に形成され、第1の光射出部、第2の光射出部
それぞれが射出する光は、仮想中心面側への光強度がその反対側への光強度より低い光を
射出するように構成されている。第1の光射出部および第2の光射出部は、それぞれが射
出する光の一部が仮想中心面の両側で重なるように配置されているので、重なった光の強
度と、第1の光射出部、第2の光射出部それぞれが射出する光のうち、仮想中心面とは反
対側への光強度とが同等となるように構成することが可能となる。よって、光源の出力を
上げることなく、矩形状の対象平面の一方側からこの対象平面に沿う全領域に光強度が十
分な光を射出する光射出装置の提供が可能となる。よって、光射出装置から異なる距離を
有する対象平面に沿う領域に、光強度分布を適正化した光を効率良く射出する光射出装置
の提供が可能となる。
前記光学素子と、前記第2の前記光射出部における前記光学素子とが一体化されているこ
とが好ましい。
素子との相対位置精度を高めることができるので、第1の光射出部が射出する光の強度分
布と第2の光射出部が射出する光の強度分布とのずれを抑制できる。よって、対象平面に
沿う領域内の光強度のバラツキをさらに抑えて光を射出する光射出装置の提供が可能とな
る。
また、光学素子が一体化されているので、光射出装置の小型化が可能となる。
偏光であることが好ましい。
から射出された光を有効に利用することが可能となる。
第1方向における断面の曲率と前記第2方向における断面の曲率とが異なることが好まし
い。
1方向に対しては第2方向と異なる曲率とすることで、光学素子での回折をより抑制する
ことが可能となる。
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。
射出された光を有効に利用してスクリーンやホワイトボード等の投写面(対象平面)の全
面に沿って光を射出することが可能となる。よって、画像表示システムは、投写面に沿っ
て射出された光を反射する指示体等の反射位置を検出装置が安定して検出し、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。
以下、本実施形態に係る光射出装置、および画像表示システムについて、図面を参照し
て説明する。
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。
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1
4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
。
2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、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、DM
D(Digital Micromirror Device)等を利用したものを用いることができる。
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。
写面SC上方の壁面に設置され、この投写面SCに沿って光を射出する。
ry 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。
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から上方に離間し、左右方向における
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。
第1の光射出部3と第2の光射出部4とは、左右方向に併設されている。そして、第1
の光射出部3および第2の光射出部4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に対し、射出する光の進行方向
が仮想中心面Pvから次第に遠ざかるように傾斜して配置される。
1を有する光学素子33を備えている。コリメーターレンズ32および光学素子33は、
光源31の光軸3A上に配置されている。
第2の光射出部4は、第1の光射出部3と共通の構成を有し、光源41、コリメーター
レンズ42、および複数の小レンズ431を有する光学素子43を備えている。コリメー
ターレンズ42および光学素子43は、光源41の光軸4A上に配置されている。
仮想中心面Pvに対して反時計回りの方向(右斜め下方)に傾斜する傾斜角θaを有して
配置される。第2の光射出部4は、仮想中心面Pvの左方に位置し、光軸4Aが仮想中心
面Pvに対して時計回り方向(左斜め下方)に傾斜する傾斜角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。そして、第1の光射出部3および第2の光射出部4は、それぞ
れが射出する光の一部が仮想中心面Pvの両側で重なり、全体として投写面SCの全面に
沿う領域に光を射出する。
図5は、光源31,41を示す模式図である。
光源31,41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、図5に示すように、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。発光部は、クラッド層が積層された方向(第2方向V)の大きさよ
り第2方向Vに直交する方向(第1方向H)の大きさが大きい。光源31,41は、第1
方向Hと第2方向Vとで光強度分布が異なり、第1方向Hおよび第2方向Vに直交する射
出方向Sを中心として光を射出する。光源31,41の射出方向Sは、光軸3A,4Aに
沿う方向となる。すなわち、光源31は、光軸3Aに直交するとともに、互いに直交する
第1方向Hおよび第2方向Vにおいて光強度分布が異なる光を射出する。同様に、光源4
1は、光軸4Aに直交するとともに、互いに直交する第1方向Hおよび第2方向Vにおい
て光強度分布が異なる光を射出する。そして、光源31,41は、第2方向Vより第1方
向Hの方が広い範囲で強度が高い光を射出する。光源31,41としては、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。
P偏光が入射する。後で詳細に説明するが、光学素子33,43にP偏光が入射すること
によって、光学素子33,43での光の損失が抑制される。
光源31は、第1方向Hの大きさが第2方向Vの大きさより大きな発光部を有するため、
光源31から射出され、コリメーターレンズ32を通過した光は、第2方向Vにおいては
、光軸3Aに略平行となるように進行し、第1方向Hにおいては、光軸3Aに対して僅か
に角度を有して進行する。同様に、光源41から射出され、コリメーターレンズ42を通
過した光は、第2方向Vにおいては、光軸4Aに略平行となるように進行し、第1方向H
においては、光軸4Aに対して僅かに角度を有して進行する。
光学素子33は、図4に示すように、光の入射側に複数の小レンズ331が設けられ、
光の射出側が平坦状に形成されている。複数の小レンズ331は、各々が矩形状の一辺に
沿って延出し、この一辺に直交する方向に沿って配設されている。光学素子33は、複数
の小レンズ331が配設された方向が、第1方向Hとなるように配置される。すなわち、
光学素子33は、第1の光射出部3において、複数の小レンズ331が第1方向Hに沿っ
て配設され、各々が第2方向Vに延出している。
ては広角化し、第2方向Vにおいては、コリメーターレンズ32にて平行化された方向を
維持し、光軸3Aを中心として射出する。すなわち、光学素子33は、入射する光を光軸
3Aに直交する第1方向Hに対応する方向に広角化する。さらに、光学素子33は、入射
する光を光軸3Aに直交する第1方向Hに対応する方向にのみ広角化する。光学素子33
から射出された光は、複数の小レンズ331で広角化された光が重畳した光となる。
レンズ42を通過した光を、第1方向Hにおいては広角化し、第2方向Vにおいては、コ
リメーターレンズ42にて平行化された方向を維持し、光軸4Aを中心として射出する。
すなわち、光学素子43は、入射する光を光軸4Aに直交する第1方向Hに対応する方向
に広角化する。さらに、光学素子43は、入射する光を光軸4Aに直交する第1方向Hに
対応する方向にのみ広角化する。光学素子43から射出された光は、複数の小レンズ43
1で広角化された光が重畳した光となる。
なお、後で詳細に説明するが、小レンズ331,431それぞれは非対称に形成されて
いる。
向Hが沿うように配置される。また、仮想中心面Pvは、第2方向Vに沿う面となる。
図6は、光射出装置2から射出された光の強度分布を示す模式図であり、投写面SCに
沿う領域における強度分布を示す図である。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6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6に示す光の強度分布3L,4L,20Lは、3Lが第1の光射
出部3から射出された光(第1射出光)の強度分布を示し、4Lが第2の光射出部4から
射出された光(第2射出光)の強度分布を示し、20Lが第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を示す。また、図6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。
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、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。
方向を中心に光を射出する。そして、第2の光射出部4は、仮想中心面Pvに対して他方
側に傾斜する第2傾斜方向を中心に光を射出する。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、対象となる投写面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。
,43に入射する光の光学素子33,43での反射が抑制され、光源31,41からの光
が有効に利用される。
図7は、本実施形態の光学素子33,43に用いた材料における光の入射角と反射率と
の関係を示すグラフである。
図7に示すように、光の反射率は、入射角が大きくなるに従って大きくなる。入射する
光がP偏光の場合とS偏光との場合を比べると、光の反射率は、P偏光よりS偏光の方が
高くなる。すなわち、光学素子33,43に用いた材料の透過率は、S偏光よりP偏光の
方が高いものとなる。なお、P偏光とS偏光とを含む全光の反射率は、S偏光の反射率と
P偏光の反射率との間の値となる。
、P偏光が光学素子43に入射した場合の拡散角度と透過率との関係をシミュレーション
した結果を示すグラフである。図9は、図8との比較図であり、本実施形態とは異なり、
光学素子43にS偏光が入射した場合の拡散角度と透過率との関係をシミュレーションし
た結果を示すグラフである。なお、拡散角度は、仮想中心面Pv(図6参照)に対する角
度をいう。
4A(図3参照)に沿う方向の光については、S偏光の透過率とP偏光の透過率とは同等
であるが、拡散角度が−45°を超えた領域や、−45°を下回る領域の光においては、
S偏光の透過率よりP偏光の透過率が高いものとなる。例えば、拡散角度が0°の場合や
−90°の場合、S偏光の透過率が約70%であるのに対し、P偏光の透過率は、90%
以上となる。
を有している。そして、光学素子33は、拡散角度が45°の光、すなわち、光軸3A(
図3参照)に沿う方向の光については、S偏光の透過率とP偏光の透過率とは同等である
が、拡散角度が45°を超えた領域や、45°を下回る領域の光においては、S偏光の透
過率よりP偏光の透過率が高いものとなる。
このように、光射出装置2は、光学素子33,43にP偏光が入射するように構成され
、光源31,41からの光が有効に利用される。
図10は、光学素子33の部分平面図であり、小レンズ331の形状を説明するための
図である。
光学素子33の複数の小レンズ331それぞれは、図10に示すように、第2方向Vに
沿う中心軸331aを有し、この中心軸331aを通り、第1傾斜方向に沿う(光軸3A
に平行となる)第1レンズ中心面331fに対して非対称に形成されている。
図示は省略するが、光学素子43の複数の小レンズ431それぞれは、第2方向Vに沿
う中心軸を有し、この中心軸を通り、第2傾斜方向に沿う(光軸4Aに平行となる)第2
レンズ中心面に対して非対称に形成されている。
数の小レンズ431の形状とは、仮想中心面Pvに対して対称の形状を有している。後述
するが、小レンズ331,431それぞれが非対称に形成されていることによって、第1
の光射出部3、第2の光射出部4から射出されたそれぞれの光の投写面SCに沿う領域に
おける光強度分布(強度分布3L,4L)は、光軸3A、4Aを中心に非対称となり、合
成光において光の強度を適正化することができる。そのため、光射出装置2は、光源31
,41から射出された光の利用効率が向上し、より広いスクリーンに対応することができ
る。
いて、図6、図11を用いて説明する。
図11は、光射出装置2から射出された光の強度分布を示す図であり、仮想中心面Pv
(図6参照)に対する角度θpと、光強度との関係を示す図である。具体的に、図11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を示す図である。
1の光射出部3が射出する光の中心方向(第1傾斜方向)において、最も光強度が高くな
る。この最も光強度が高い光は、図6の強度分布3Lに示すように、投写面SCの下辺に
おける右側(+X側)の端部、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から最も遠い位置に向けて射出される。
に示すように、第1射出光は、角度θpが45°を超えた領域の光強度より、角度θpが
45°を下回る領域の光強度の方が低くなる。
具体的に、第1射出光の強度は、図6、図11の強度分布3Lに示すように、角度θp
が45°から大きくなる程、すなわち、投写面SC下辺の右側端部から投写面SC上辺の
右側端部に向かう程、光射出装置2から投写面SCの右辺までの距離に応じて下降する。
また、第1射出光の強度は、図6の強度分布3Lに示すように、45°を超えた領域で指
示体を検出可能な光強度を有している。
C下辺の右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°を超えた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の左側(−X側)にも射出されるが、特にこの
左側(−X側)に射出される光の強度は低いものとなる。
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。
このように、第1の光射出部3は、第1傾斜方向に向けて最も高い強度の光を射出し、
第1傾斜方向に対して仮想中心面Pv側へ傾斜する角度方向の光強度が、第1傾斜方向に
対して仮想中心面Pvとは反対側へ傾斜する角度方向の光強度より低い光を射出する。第
2の光射出部4は、第2傾斜方向に向けて最も高い強度の光を射出し、第2傾斜方向に対
して仮想中心面Pv側へ傾斜する角度方向の光強度が、第2傾斜方向に対して仮想中心面
Pvとは反対側へ傾斜する角度方向の光強度より低い光を射出する。
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11の強度分布2
0L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6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。
このように、光射出装置2から射出された光は、投写面SCに沿う全領域において光強
度が最適化されたものとなる。これによって、プロジェクター1は、投写面SC上におけ
る指示体の位置検出を精度よく行うことが可能となる。
ンズ331,431を有し、それぞれの小レンズ331,431が入射する第1方向Hの
光を広角化するので、光源31と光学素子33との位置合わせ精度、および光源41と光
学素子43との位置合わせ精度の緩和が可能になっている。
を、本実施形態の光学素子33,43とは異なるレンズ131を備えた光射出部130と
比較して説明する。
光射出部130が備えるレンズ131は、図12に示すように、光入射側の全面が凸面
状に形成され、光射出側が平坦状に形成されている。そして、レンズ131は、コリメー
ターレンズ32にて平行化された光を、第1方向Hにおいては広角化し、第2方向Vにお
いては、コリメーターレンズ32にて平行化された方向を維持する。
しかしながら、光射出部130においては、光源31とレンズ131との位置が第1方
向Hにずれた場合、あるいは、第2方向Vに延出する基準軸に対して回転方向(図12に
おけるα方向)にずれた場合には、そのずれ量に応じて、射出された光の強度分布が偏る
こととなる。すなわち、投写面SCに沿う領域内の光強度分布がばらつき、プロジェクタ
ー1は、投写面SC上における指示体の位置検出を精度よく行うことが困難なものとなる
。
における複数の小レンズ331,431それぞれが入射する光を広角化するので、上述し
た方向と同じ方向(図4における第1方向H、α方向)へのずれが生じても、射出される
光の強度分布の偏りが緩和される。すなわち、光学素子33,43から射出された光は、
複数の小レンズ331,431で広角化された光が重畳した光であることから、上述した
方向にずれたとしても、光強度分布のバラツキが抑制される。
43が複数の小レンズ331,431を備えていることによって、広角化する部材がレン
ズ131で形成される構成に比べ、光源31,41と光学素子33,43との位置合わせ
精度を緩和することが可能となる。
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方向Hの光を広角化させる光学素子33,43を備えてい
るので、投写面SCに沿う領域に光を射出することができる。
また、光射出装置2は、光学素子33,43が複数の小レンズ331,431を有して
いるので、広角化する部材がレンズ131で形成される構成に比べ、光源31,41と光
学素子33,43との位置合わせ精度の緩和が可能となる。これによって、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バラツキ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。
また、光学素子33,43から射出された光は、複数の小レンズ331,431で広角
化された光が重畳した光であることから、光源31,41が射出する光の強度分布の依存
度を低減させることが可能となり、光源31,41選択の自由度を高めることが可能とな
る。
さの方が小さい発光部からの光が入射するので、コリメーターレンズ32,42から出射
される光は、第1方向Hよりも第2方向Vの方がより平行となった光となる。そして、光
学素子は、入射する光を第1方向に対応する方向にのみ広角化する。これによって、光射
出装置2は、回折を抑制するとともに、より広い投写面SCに沿って光を射出することが
可能となる。
に光を射出する第1の光射出部3、および仮想中心面Pvに対して他方側に傾斜する第2
傾斜方向を中心に光を射出する第2の光射出部4を備えている。これによって、光射出装
置2は、最も遠くに位置する矩形状の投写面SCの角部近傍に向かう光の強度を高めたも
のとし、広い投写面SCに沿って効率良く光を射出することが可能となる。
出部4を備え、複数の小レンズ331,431それぞれが上述したように非対称に形成さ
れている。これによって、光射出装置2は、光源31,41の出力を上げることなく、矩
形状の投写面SCに沿う全領域に、安定して指示体の検出を可能とするに十分な光強度分
布を有する光を射出することが可能となる。よって、光射出装置2から異なる距離を有す
る投写面SCに沿う領域に、光強度分布を適正化した光を効率良く射出する光射出装置2
の提供が可能となる。
ので、光学素子33,43での反射を抑え、光源31,41から射出された光を有効に利
用することができる。
指示体の位置を精度よく検出し、検出結果に応じた画像の投写や、画像の変更等を確実に
行うことが可能となる。
長帯の光より長い波長帯(約940nm)の光を射出するので、プロジェクター1は、こ
れらの機器が発する光による誤動作が抑制され、安定して投写面SC上における指示具の
位置を検出し、検出結果に応じた画像を投写することが可能となる。
以下、第2実施形態に係る光射出装置について、図面を参照して説明する。以下の説明
では、第1実施形態と同様の構成要素には、同一符号を付し、その詳細な説明は省略また
は簡略化する。
本実施形態の光射出装置は、第1実施形態の光射出装置2が備える光学素子33,43
とは光入射側の形状が異なる光学素子33A,43A(光学素子43Aは図示省略)を備
えている。
図13は、光学素子33Aの光入射側の一部を示す平面図である。
光学素子33Aは、第1方向Hに沿って配設され、各々が第2方向Vに延出する複数の
小レンズ331xを有している。そして、光学素子33Aは、隣り合う小レンズ331x
の間に小レンズ331xの曲面と滑らかに連続する曲面を有する凹部331yを有してい
る。
の中心軸を通る第1レンズ中心面331gに対して非対称に形成されている。
凹部331yは、この凹部331yの中心軸を通り、第1レンズ中心面331gに平行
となる凹部中心面331hに対して非対称に形成されている。また、凹部331yにおい
ても入射した光の広角化に寄与するような形状に形成されている。
成され、小レンズ431xおよび凹部431yを有している。
そして、本実施形態の光射出装置は、第1実施形態の光射出装置2と同様に、投写面S
Cに沿う全領域において光強度のバラツキが抑えられた光を射出する。
る。
(1)光学素子33A,43Aは、隣り合う小レンズ331x,431xの間に入射し
た光の広角化に寄与する凹部331y,431yが設けられているので、光源31,41
から射出された光をより効率良く利用することが可能となる。
1yとが滑らかに連続しているので、この光学素子33A,43Aを成型するための金型
の製造や、成型が容易となる。
以下、第3実施形態に係る光射出装置500について、図面を参照して説明する。以下
の説明では、第1実施形態と同様の構成要素には、同一符号を付し、その詳細な説明は省
略または簡略化する。
図14は、本実施形態の光射出装置500の概略構成を示す模式図である。
光射出装置500は、図14に示すように、第1の光射出部510、第2の光射出部5
20、および筐体530を備えている。
第1の光射出部510は、光源31、コリメーターレンズ32、および光学素子33に
加え、プリズムアレイ511を備えている。第2の光射出部520は、第1の光射出部5
10と同様に、光源41、コリメーターレンズ42、および光学素子43に加え、プリズ
ムアレイ521を備えている。
下方に光を射出する。
コリメーターレンズ32は、光源31の下方に配置され、光源31から射出された光を
平行化する。
プリズムアレイ511は、光路上において、コリメーターレンズ32と光学素子33と
の間に配置され、光入射側(コリメーターレンズ32側)が平坦に形成され、光射出側(
光学素子33側)に複数のプリズム511aが設けられている。また、プリズムアレイ5
11は、光源31の光軸3Aに対して複数のプリズム511aが右斜め下方を向くように
傾斜して配置される。複数のプリズム511aは、第2方向Vに延出する三角柱状に形成
され、光学素子33の小レンズ331に対応して形成されている。
方に方向が変更される。
光学素子33は、各小レンズ331がプリズムアレイ511の各プリズム511aに対
向して配置され、プリズムアレイ511から射出された光のうち第1方向Hの光を広角化
し、右斜め下方を中心に射出する。すなわち、光学素子33は、入射する光を光軸3Aに
直交する第1方向Hに対応する方向に広角化する。さらに、光学素子33は、入射する光
を光軸3Aに直交する第1方向Hに対応する方向にのみ広角化する。
0の構成要素と対称の構成を有し、光源41から射出された光のうち第1方向Hの光を広
角化し、左斜め下方を中心に射出する。すなわち、光学素子43は、プリズムアレイ52
から射出された光を光軸4Aに直交する第1方向Hに対応する方向に広角化する。さらに
、光学素子43は、入射する光を光軸4Aに直交する第1方向Hに対応する方向にのみ広
角化する。
41から射出される光の方向と、第1の光射出部510、第2の光射出部520から射出
される光の方向とが異なるように構成されている。そして、光射出装置500は、第1の
光射出部510が仮想中心面Pvに対して一方側に傾斜する第1傾斜方向を中心に光を射
出し、第2の光射出部520が、仮想中心面Pvに対して他方側に傾斜する第2傾斜方向
を中心に光を射出して、投写面SCに沿う領域に光を射出する。
1,41が配置された事例を示したが、この方向に限らず、プリズムアレイ511,52
1の形状を変更することで、光軸3A,4Aが仮想中心面Pvに対して傾斜する構成も可
能である。また、仮想中心面Pvに対して傾斜する角度が光軸3Aと光軸4Aとで異なる
構成も可能である。
ができる。
(1)光源31,41から射出される光の方向と、第1の光射出部510、第2の光射
出部520から射出される光の方向とを変えることができるので、光射出装置500内の
光源31,41の配置自由度が向上する。
る光射出装置500の小型化が可能となる。また、光学素子33と光学素子43との距離
を小さくすることによって、第1の光射出部510、第2の光射出部520から射出され
る光が重なる領域を光射出装置500に近づけることができるので、投写面SCにより近
づけて配置可能な光射出装置500の提供が可能となる。
以下、第4実施形態に係る光射出装置600について、図面を参照して説明する。以下
の説明では、第1実施形態と同様の構成要素には、同一符号を付し、その詳細な説明は省
略または簡略化する。
図15は、本実施形態の光射出装置600の概略構成を示す模式図である。
光射出装置600は、図15に示すように、第1の光射出部610、第2の光射出部6
20、および筐体630を備えている。
第1の光射出部610は、光源31、コリメーターレンズ32、および光学素子33に
加え、ミラー611を備えている。第2の光射出部620は、光源41、コリメーターレ
ンズ42、および光学素子43に加え、ミラー621を備えている。
れている。
コリメーターレンズ32は、光源31の左方に配置され、光源31から射出された光を
平行化する。
ミラー611は、コリメーターレンズ32と仮想中心面Pvとの間に配置され、コリメ
ーターレンズ32から射出された光を右斜め下方に反射する。光学素子33は、各小レン
ズ331がミラー611に対向した向きで、コリメーターレンズ32近傍に配置されてい
る。そして、光学素子33は、ミラー611で反射した光のうち第1方向Hの光を広角化
し、右斜め下方を中心に射出する。すなわち、光学素子33は、ミラー611で反射され
た光を光軸3Aに直交する第1方向Hに対応する方向に広角化する。さらに、光学素子3
3は、入射する光を光軸3Aに直交する第1方向Hに対応する方向にのみ広角化する。
0の構成要素と対称の構成を有し、光源41から射出され、ミラー621で反射した光の
うち第1方向Hの光を広角化し、左斜め下方を中心に射出する。すなわち、光学素子43
は、ミラー621で反射された光を光軸4Aに直交する第1方向Hに対応する方向に広角
化する。さらに、光学素子43は、入射する光を光軸4Aに直交する第1方向Hに対応す
る方向にのみ広角化する。
このように、光射出装置600は、上下方向における第1の光射出部610および第2
の光射出部620の配置領域が小さく構成されている。そして、光射出装置600は、第
1の光射出部610が仮想中心面Pvに対して一方側に傾斜する第1傾斜方向を中心に光
を射出し、第2の光射出部620が、仮想中心面Pvに対して他方側に傾斜する第2傾斜
方向を中心に光を射出して、投写面SCに沿う領域に光を射出する。
ができる。
光射出装置600は、上下方向における第1の光射出部610および第2の光射出部6
20の配置領域が小さく構成されているので、上下方向における小型化が可能となる。ま
た、光源31,41の電力が供給される端子(図示省略)が光射出側の反対側に設けられ
たものを用いる場合には、その効果は顕著なものとなる。
なお、前記実施形態は、以下のように変更してもよい。
第1実施形態における光射出装置2の第1の光射出部3における光学素子33と、第2
の光射出部4における光学素子43とを一体化した光射出装置を構成してもよい。
この構成によれば、光学素子33と光学素子43との相対位置精度を高めることができ
るので、第1射出光の強度分布と第2射出光の強度分布とのずれを抑制できる。よって、
投写面SCに沿う領域内の光強度のバラツキをさらに抑えて光を射出する光射出装置の提
供が可能となる。
また、この構成によれば光射出装置2より小型の光射出装置の提供が可能となる。
用いられているが、S偏光を射出する光源を用いたものであってもよい。この構成の場合
、コリメーターレンズ32,42と光学素子33,43との間にλ/2板を配置し、光学
素子33,43にP偏光が入射するように構成することが望ましい。
おける断面の曲率とが異なるものを用いてもよい。例えば、入射する第2方向Vの光に対
しては平行化し、第1方向Hの光に対しては平行化から僅かにずれたように進行させる曲
率形状とすることで、光学素子33,43での回折を抑制することが可能となる。
されているが、光強度のバラツキが許容されるシステムに用いられる光射出装置において
は、対称に形成された小レンズを有する光学素子を備えた構成であってもよい。
されているが、これに限定されない。
図16は、変形例の一例である光学素子700の一部を示す平面図である。
図16に示すように、大きさやピッチが異なる複数の小レンズ710を有する光学素子
700を用いた光射出装置を構成してもよい。図16に示す光学素子700は、大きさが
異なり、相似形で形成された複数の小レンズ710を有している。この構成によれば、光
射出装置から射出される光の回折の発生を抑えることが可能となる。
つに限らず1つあるいは3つ以上の光射出部を備える構成としてもよい。
Cの上方に設置されるように構成されているが、投写面SCの側方や下方に配置された構
成であってもよい。
限らず、例えば、指向性の高いLEDを1列で複数並設し、並設される方向を第1方向H
として構成してもよい。
るフロント型のプロジェクター1を用いる構成を説明したが、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
等が配置された構成であってもよい。
光射出部,3A,4A…光軸、4,520,620…第2の光射出部、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(検出装置)、31,41…光源、32,42…コリメーターレンズ、33,43,3
3A,43A…光学素子、100…画像表示システム、331,431,331x…小レ
ンズ、331a…中心軸、331f,331g…第1レンズ中心面、511,521…プ
リズムアレイ、611,621…ミラー、H…第1方向、Pv…仮想中心面、V…第2方
向。
Claims (6)
- 光を射出する第1光射出部および第2光射出部を備えた光射出装置であって、
前記第1光射出部および前記第2光射出部は、それぞれ、
光を射出する光源と、
前記光源から射出された光を平行化するためのコリメーターレンズと、
前記コリメーターレンズを通過した光を、前記光源の光軸に直交するとともに互いに直
交する第1方向および第2方向のうちの前記第1方向に対応する方向に広角化する複数の
小レンズを有する光学素子と、を備え、
前記第1光射出部の光射出方向は、前記第2方向に沿う仮想中心面に対して一方側に傾
斜し、前記第2光射出部の光射出方向は、前記仮想中心面に対して他方側に傾斜し、
前記第1光射出部および前記第2光射出部は、それぞれの前記光射出方向が前記仮想中
心面から互いに遠ざかり、それぞれが射出する光の一部が前記仮想中心面の両側で重なる
ように配置され、
前記第1光射出部および前記第2光射出部における前記複数の小レンズは、それぞれ、
前記第2方向に沿う中心軸を有し、前記中心軸を通りそれぞれの前記光射出方向に沿うレ
ンズ中心面に対して非対称に形成され、
それぞれの前記光射出方向に対して前記仮想中心面側へ傾斜する角度方向の光強度は、
それぞれの前記光射出方向に対して前記仮想中心面側とは反対側へ傾斜する角度方向の光
強度よりも小さいことを特徴とする光射出装置。 - 光を射出する光射出部を備えた光射出装置であって、
前記光射出部は、
光を射出する光源と、
前記光源から射出された光を平行化するためのコリメーターレンズと、
前記コリメーターレンズを通過した光を、前記光源の光軸に直交するとともに、互いに
直交する第1方向および第2方向のうちの前記第1方向に対応する方向に広角化する複数
の小レンズを有する光学素子と、
を備え、
前記光学素子に入射する光は、P偏光であることを特徴とする光射出装置。 - 光を射出する光射出部を備えた光射出装置であって、
前記光射出部は、
光を射出する光源と、
前記光源から射出された光を平行化するためのコリメーターレンズと、
前記コリメーターレンズを通過した光を、前記光源の光軸に直交するとともに、互いに
直交する第1方向および第2方向のうちの前記第1方向に対応する方向に広角化する複数
の小レンズを有する光学素子と、
を備え、
前記コリメーターレンズは、前記第1方向における断面の曲率と前記第2方向における
断面の曲率とが異なることを特徴とする光射出装置。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載の光射出装置であって、
前記光源は、前記第1方向の大きさが前記第2方向の大きさより大きい発光部を有し、
前記光学素子は、入射する光を前記第1方向に対応する方向にのみ広角化することを特
徴とする光射出装置。 - 請求項1から4のいずれか一項に記載の光射出装置であって、
前記第1光射出部における前記光学素子と、前記第2光射出部における前記光学素子と
が一体化されていることを特徴とする光射出装置。 - 請求項1から5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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