JP7099173B2 - 光射出装置および画像表示システム - Google Patents

Description

本発明は、光射出装置及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、プロジェクターおよび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作り出す。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、光射出部および筐体を備える。光射出部は、光源と、光源から射出された光を略平行化するレンズであるコリメーターと、コリメーターにて略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を備える。特許文献１では、指向性レンズとしてパウエルレンズが用いられている。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、且つ、光射出側が平坦状であり、第１方向から見て矩形状である。

特開２０１５－１１１３８５号公報

投写面を覆うライトカーテンを用いて、投写面上で操作される指示体の位置検出を行う場合には、ライトカーテンと投写面との距離が近いほど操作性が良い。光射出装置を投写面の上方に設置する場合には、投写面の下部の領域での操作性を向上させるため、投写面下方に向かって斜めに打ち下ろすように光を照射して、投写面に対して傾いたライトカーテンを形成する。これにより、投写面の下部の領域でライトカーテンを投写面に近づけることができる。

しかしながら、投写面の上方では、光射出装置からの光の出射位置と投写面との距離を近づけようとしても限界がある。そのため、投写面の上部の領域では、ライトカーテンと投写面との距離が開いてしまうので、投写面に指示体が接触していなくても指示体が接触したと誤って認識するおそれがあり、操作性が悪いという問題がある。

上記の問題点に鑑みて、本発明の課題は、光射出装置から照射した光と表示面とが離れていることによるタッチ操作の操作性の低下を抑制することにある。

本発明に係る光射出装置は、光源と、前記光源から射出された光を前記光源の光軸に対して略平行化するコリメーターと、前記コリメーターから射出される光を、前記光軸と異なる第１方向について第１拡散中心を起点として広角化する光学素子と、前記光学素子の下流側に設けられた曲面形状のカバーレンズと、を有し、前記光軸および前記第１方向と直交する方向から見た場合に、前記カバーレンズの曲率中心は、前記第１拡散中心と異なる位置であることを特徴とする。

本発明において、前記カバーレンズは、前記光軸および前記第１方向と直交する方向から見て円弧形状または楕円弧形状である。

また、本発明に係る光射出装置は、第１光源と、前記第１光源から射出された光を前記第１光源の光軸である第１光軸に対して略平行化する第１コリメーターと、第２光源と、前記第２光源から射出された光を前記第２光源の光軸である第２光軸に対して略平行化する第２コリメーターと、前記第１コリメーターから射出される第１光、および、前記第２コリメーターから射出される第２光を、前記第１光軸および前記第２光軸のいずれとも異なる第１方向について広角化する光学素子と、前記光学素子の下流側に設けられた曲面形状のカバーレンズと、を有し、前記光学素子は、第１拡散中心を起点として前記第１光を前記第１方向に広角化し、且つ、第２拡散中心を起点として前記第２光を前記第１方向に広角化し、前記第１光軸および前記第２光軸と直交する方向から見た場合に、前記カバーレンズの曲率中心は、前記第１拡散中心、および、前記第２拡散中心のいずれとも異なる位置であることを特徴とする。

本発明において、前記カバーレンズは、前記第１光軸、前記第２光軸、および前記第１方向と直交する方向から見て円弧形状または楕円弧形状である。

本発明において、前記カバーレンズは、前記第１方向に略平行な回転軸線を中心として回転可能である。

本発明において、前記光学素子は、指向性レンズである。

この場合に、前記光学素子は、複数の小レンズを備え、前記複数の小レンズのそれぞれが前記指向性レンズである。

あるいは、本発明において、前記光学素子は、円錐ミラーである。

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。 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。 装置本体およびカバーレンズの平面図である。 投写面に対して略平行に光を照射した場合のライトカーテンの形状を模式的に示す説明図である。 投写面に向けて斜めに打ち下ろすように傾けたライトカーテンの形状を模式的に示す説明図である。 投写面の上端の左右の端部との距離を近づけるように変形させたライトカーテンの形状を模式的に示す説明図である。 投写面の上端の左右の端部との距離を近づけるように変形させたライトカーテンの形状を模式的に示す説明図である。 カバーレンズの曲率中心と第１光および第２光の拡散中心を模式的に示す説明図である。 カバーレンズを傾けた状態を模式的に示す説明図である。 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。

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。

［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、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。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、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、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り、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、例えば、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、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、投写面ＳＣの上方（＋Ｚ方向）で左右方向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を備えている。装置本体２１は、第１光射出部３、第２光射出部４、およびこれらを内部に収容する筐体５を備えている。

図４は、装置本体２１およびカバーレンズ２２の平面図である。光射出装置２は、装置本体２１とカバーレンズ２２がそれぞれ独立して回転可能に支持される。装置本体２１は第１軸Ｌ１を中心として回転可能であり、カバーレンズ２２は第２軸Ｌ２を中心として回転可能である。光射出装置２は、第１軸Ｌ１と第２軸Ｌ２が左右方向Ｘと略平行になるように設置される。

図３に示すように、第１光射出部３および第２光射出部４は、左右方向Ｘに並んでおり、互いに異なる方向を中心に光を射出する。第１光射出部３と第２光射出部４との間で、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、第１光射出部３および第２光射出部４は、仮想中心面Ｐｖを基準として左右対称に構成される。第１光射出部３は、第１光源３１、第１コリメーター３２、および第１光学素子３３を備える。第１コリメーター３２および第１光学素子３３は、第１光源３１の光軸である第１光軸３Ａ上に配置され、左斜め下方に光を射出する。

第２光射出部４は、第１光射出部３と同様に、第２光源４１、第２コリメーター４２、および第２光学素子４３を備え、第２光源４１から第２光学素子４３に至る第２光路を有する。第２コリメーター４２および第２光学素子４３は、第２光源４１の光軸である第２光軸４Ａ上に配置され、右斜め下方を中心に光を射出する。

光射出装置２は、第１光軸３Ａと第２光軸４Ａとが第１光学素子３３および第２光学素子４３の光路前段で交差する。具体的には、第１光軸３Ａと第２光軸４Ａとは、第１コリメーター３２と第１光学素子３３との間および第２コリメーター４２と第２光学素子４３との間で交差する。すなわち、光射出装置２において、第１光射出部３及び第２光射出部４からそれぞれ射出される光の一部が重なるように構成されている。

第１光源３１および第２光源４１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。第１光源３１および第２光源４１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。第１光源３１および第２光源４１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方向が第１光軸３Ａ、第２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、図１に示す投写面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面に平行になっている。

第１コリメーター３２は、第１光源３１から射出された光を略平行化する。同様に、第２コリメーター４２は、第２光源４１から射出された光を略平行化する。例えば、第１コリメーター３２は、第１光軸３Ａ上の１点から射出されて第１光軸３Ａに対して角度を有して拡がる成分光を、第１光軸３Ａに対して略平行となるように進行させる。同様に、第２コリメーター４２は、第２光軸４Ａ上の１点から射出されて第２光軸４Ａに対して角度を有して拡がる成分光を、第２光軸４Ａに対して略平行となるように進行させる。

第１光学素子３３および第２光学素子４３は、単一の光学素子体３４に設けられている。光学素子体３４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。光学素子体３４は、図３に示すように、左側（－Ｘ方向）に第１光学素子３３を有し、右側（＋Ｘ方向）に第２光学素子４３を有し、仮想中心面Ｐｖを基準として左右対称な形状である。また、光学素子体３４は、仮想中心面Ｐｖに対して対称となるように配置される。

第１光学素子３３は、仮想中心面Ｐｖから遠ざかるに従って、第１コリメーター３２からの距離が大きくなる方向に傾斜する。第１光学素子３３は、第１コリメーター３２と対向する側（光入射側）に複数の小レンズ３３０を配列した第１入射面３３Ｎが設けられ、光射出側に第１平面３３Ｓが設けられている。各小レンズ３３０はパウエルレンズであり、第１コリメーター３２の側が凸面状である。各小レンズ３３０は積層方向Ｖに延びており、積層方向Ｖと直交する方向に複数の小レンズ３３０が配列される。複数の小レンズ３３０は、第１入射面３３Ｎにおいて幅方向Ｈに配列されると共に、仮想中心面Ｐｖから遠ざかるに従って、第１コリメーター３２からの距離が大きくなる方向に配列される。

第１光学素子３３は、第１コリメーター３２から射出される第１光Ｅ１を、幅方向Ｈにおいては広角化し、積層方向Ｖにおいては、第１コリメーター３２にて略平行化された方向を維持し、第１光軸３Ａを中心として射出する。すなわち、第１光学素子３３は、入射する第１光Ｅ１を第１光軸３Ａに直交する方向のうち幅方向Ｈに対応する方向にのみ広角化する。この際、第１光学素子３３に設けられた複数の小レンズ３３０は、幅方向Ｈ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。

第２光学素子４３は、仮想中心面Ｐｖに対して第１光学素子３３と対称に構成される。すなわち、第２光学素子４３は、第２コリメーター４２と対向する側（光入射側）に複数の小レンズ４３０を配列した第２入射面４３Ｎが設けられ、光射出側に第２平面４３Ｓが設けられている。第２光学素子４３は、第２コリメーター４２から射出される第２光Ｅ２を第２光軸４Ａに直交する方向のうち幅方向Ｈに対応する方向にのみ広角化する。この際、第２光学素子４３に設けられた複数の小レンズ４３０は、幅方向Ｈにおいて隣り合う小レンズ４３０で広角化した光が重畳されるように形成されている。

光射出装置２は、図３に示すように、第１光学素子３３および第２光学素子４３から射出される光の幅方向Ｈが投写面ＳＣに沿う方向となるように配置される。すなわち、第１光射出部３および第２光射出部４は、第１光学素子３３および第２光学素子４３で広角化された光が投写面ＳＣの左右方向Ｘに沿う方向で広角化されるように配置される。すなわち、光射出装置２は、第１コリメーター３２および第２コリメーター４２から射出される第１光Ｅ１および第２光Ｅ２を、第１光軸３Ａおよび第２光軸４Ａのいずれとも異なる第１方向である左右方向Ｘに広角化させる。

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光射出部３および第２光射出部４が異なる方向に傾斜し、第１光射出部３が射出する光の一部と、第２光射出部４が射出する光の一部が仮想中心面Ｐｖの位置で重なる。具体的には、－Ｙ方向から見て、第１光軸３Ａが仮想中心面Ｐｖに対して時計回りの方向に傾斜し、第２光軸４Ａが仮想中心面Ｐｖに対して反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４Ａの傾斜角θｂの大きさは同一（θａ＝θｂ）であり、第１光射出部３と第２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る。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。

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４Ａ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。縦横比が２：１の場合には、傾斜角θａ、θｂは４５°に設定される。

光射出装置２は、第１光射出部３の光路と第２光射出部４の光路とが交差していることにより、図３に示すように、第１光射出部３が射出する光と第２光射出部４が射出する光が光射出装置２に近い位置で重なる。すなわち、光射出装置２は、光射出装置２近傍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。

（ライトカーテンの形状）
図５～８は、ライトカーテンＬＣの形状を模式的に示す説明図である。図１に示すように、光射出装置２は、投写面ＳＣの上方の壁面から前方に突出するように設置される。そのため、第１光射出部３および第２光射出部４は、投写面ＳＣに対して後方の出射位置Ｑから下方に向けて光を照射する。すなわち、光射出装置２における光の出射位置Ｑは、投写面ＳＣに対して距離Ｄだけ前後方向Ｙに離れている。距離Ｄは、例えば、１０ｍｍ程度である。

図５は、投写面ＳＣに対して略平行に光を照射した場合のライトカーテンＬＣの形状を模式的に示す説明図である。図５のライトカーテンＬＣは、全体として投写面ＳＣから離れている。光射出装置２は、以下に説明するように、装置本体２１およびカバーレンズ２２の取付角度が調節可能になっており、投写面ＳＣに向かう光の照射方向を調節可能になっている。このため、光射出装置２は、装置本体２１およびカバーレンズ２２の取付角度を調整するための機構を備える。

装置本体２１およびカバーレンズ２２の取付角度を適切な角度することにより、光射出装置２によって作り出されるライトカーテンＬＣは、投写面ＳＣの下端だけでなく、投写面ＳＣの上端の左右の端部についても投写面ＳＣとの距離が近づいた形状に変形される。図５に示すライトカーテンＬＣの形状は、投写面ＳＣとの距離が近づけられる前の形状である。図６は、投写面ＳＣに向けて斜めに打ち下ろすようにライトカーテンＬＣを傾けた形状を模式的に示す説明図である。図７、図８は、投写面ＳＣの上端の左右の端部との距離を近づけるように変形させたライトカーテンＬＣの形状を模式的に示す説明図である。

光射出装置２は、装置本体２１およびカバーレンズ２２が、それぞれ、図示しないフレームによって互いに独立して回転可能に支持される。図３、図４に示すように、装置本体２１は、左右方向Ｘに略平行な回転軸線である第１軸Ｌ１を中心として回転可能である。また、カバーレンズ２２は、左右方向Ｘに略平行で、且つ、第１軸Ｌ１とは鉛直方向Ｚに異なる位置に設けられた回転軸線である第２軸Ｌ２を中心として回転可能である。光射出装置２は、第１軸Ｌ１を中心とした回転方向で装置本体２１の取付角度を調整するための図示しない第１角度調整機構、および、第２軸Ｌ２を中心とした回転方向でカバーレンズ２２の取付角度を調整するための図示しない第２角度調整機構を備える。第１角度調整機構および第２角度調整機構は、ギアや軸部材などを用いて適宜構成することができる。

（装置本体の取付角度の調整）
装置本体２１およびカバーレンズ２２の位置を初期位置にして光射出装置２を設置すると、図５に示すように、投写面ＳＣから離れた位置で投写面ＳＣに対して略平行なライトカーテンＬＣが形成される。装置本体２１の取付角度の調整では、第１軸Ｌ１を中心として、光の射出方向を投写面ＳＣの側へ向ける方向である第１回転方向Ｒ（図３、図４参照）に装置本体２１を回転させる。これにより、図６に示すように、ライトカーテンＬＣは、平面状の形状を維持したままで、投写面ＳＣに向けて斜めに打ち下ろすように傾く。従って、投写面ＳＣの下部の領域でライトカーテンＬＣが投写面ＳＣに近づく。

ライトカーテンＬＣと投写面ＳＣとの間の距離と、装置本体２１の第１回転方向Ｒへの回転角度Ｒ１との関係をシミュレーションした結果を図６に示す。光射出装置２における光の出射位置Ｑと投写面ＳＣとの前後方向Ｙの距離Ｄを１０ｍｍとし、投写面ＳＣの幅Ｗｓｃを２１５４ｍｍとし、投写面ＳＣの高さＨｓｃを１３４６ｍｍとする条件の下でシミュレーションを行うと、装置本体２１の第１回転方向Ｒへの回転角度Ｒ１を０．３７°とした場合に、投写面ＳＣの下端にライトカーテンＬＣを近づけることができた。

（カバーレンズの取付角度の調整）
カバーレンズ２２の取付角度の調整では、第２軸Ｌ２を中心として、下方に凸となる曲面形状のカバーレンズ２２を第１回転方向Ｒと同じ方向に回転させる。このとき、左右方向Ｘから見た場合、カバーレンズ２２は投写面ＳＣに近づく方向に回転する。これにより、図７、図８に示すように、ライトカーテンＬＣが平坦でなくなり、投写面ＳＣの上端においても、投写面ＳＣの左右方向Ｘの両側の隅とライトカーテンＬＣとの距離が小さくなる。

ライトカーテンＬＣと投写面ＳＣとの間の距離と、初期位置に対する装置本体２１の第１回転方向Ｒへの回転角度Ｒ１と、初期位置に対するカバーレンズ２２の第１回転方向Ｒへの回転角度Ｒ２との関係をシミュレーションした結果を図７、図８に示す。なお、光射出装置２における光の出射位置Ｑと投写面ＳＣとの前後方向Ｙの距離Ｄを１０ｍｍとし、投写面ＳＣの幅Ｗｓｃを２１５４ｍｍとし、投写面ＳＣの高さＨｓｃを１３４６ｍｍとする条件の下でシミュレーションを行った。図７に示すように、装置本体２１の第１回転方向Ｒへの回転角度Ｒ１を０．３５°とし、且つ、カバーレンズ２２の第１回転方向Ｒへの回転角度Ｒ２を５°とした場合には、ライトカーテンＬＣの上端中央が後方側に凸となる形状に変形してはいるものの、ライトカーテンＬＣの上端の左右の端部は、ライトカーテンＬＣの下端よりは投写面ＳＣから離れている。一方、図８に示すように、装置本体２１の第１回転方向Ｒへの回転角度Ｒ１を０．３２°とし、且つ、カバーレンズ２２の第１回転方向Ｒへの回転角度Ｒ２を８°とした場合には、投写面ＳＣの下端、および、投写面ＳＣの上端の左右の端部に対して、ライトカーテンＬＣを同程度に近づけることができた。

投写面ＳＣのサイズを上記の条件より小さくし、投写面ＳＣの幅Ｗｓｃを２１５４ｍｍより小さくする場合には、カバーレンズ２２の回転角度を８°よりもさらに大きくすることによって、ライトカーテンＬＣの上端の左右の端部と投写面ＳＣとの距離を図８と同程度に小さくすることができる。すなわち、カバーレンズ２２の適正な回転角度は、投写面ＳＣのサイズに応じて決まる。

光射出装置２は、設置時に装置本体２１の取付角度の調整およびカバーレンズ２２の取付角度の調整が行われ、図８に示すようなライトカーテンＬＣを形成する状態に設置される。装置本体２１およびカバーレンズ２２の取付角度の調整は、以下の手順で行う。まず、装置本体２１およびカバーレンズ２２の位置を初期位置にして光射出装置２を設置する。次に、光射出装置２の出射光を撮影可能なカメラを用いて投写面ＳＣを撮影し、その映像によってライトカーテンＬＣと投写面ＳＣとの距離を確認しながら、装置本体２１およびカバーレンズ２２の取付角度の調整を行う。例えば、光射出装置２が赤外レーザー光を射出する場合には、赤外線カメラによって投写面ＳＣを撮影しながら、装置本体２１およびカバーレンズ２２の取付角度の調整を行う。

なお、装置本体２１の取付角度と、カバーレンズ２２の取付角度を予め初期位置よりもある程度傾けた状態で光射出装置２を設置して、赤外線カメラによって投写面ＳＣを撮影しながら、取付角度の微調整を行ってもよい。あるいは、装置本体２１の取付角度と、カバーレンズ２２の取付角度の一方は固定とし、他方のみを調整してもよい。

（カバーレンズの曲率中心と光学素子の拡散中心）
ここで、カバーレンズ２２の取付角度の調整によってライトカーテンＬＣの形状が平坦でない形状に変わる原理について説明する。図９は、カバーレンズ２２の曲率中心Ｐと第１光Ｅ１および第２光Ｅ２の拡散中心を模式的に示す説明図である。カバーレンズ２２は、下方（－Ｚ方向）に凸の曲面形状である。具体的には、実施形態１のカバーレンズ２２は前後方向Ｙから見て円弧形状であり、カバーレンズ２２の曲率中心Ｐは仮想中心面Ｐｖ上に位置する。また、カバーレンズ２２は前後方向Ｙに延びており、鉛直方向Ｚから見て矩形状である。カバーレンズ２２の内側面２３と外側面２４の曲率中心は一致する。カバーレンズ２２は、仮想中心面Ｐｖを中心として対称に配置され、第１光射出部３および第２光射出部４を光の出射側から覆っている。従って、第１光射出部３および第２光射出部４から投写面ＳＣに向けて出射する光は、カバーレンズ２２を透過して出射される。

第１コリメーター３２から第１光学素子３３の第１入射面３３Ｎへ入射した第１光Ｅ１は、第１光学素子３３内の第１拡散中心３５において左右方向Ｘに最も集光され、第１拡散中心３５を起点として左右方向Ｘに広角化される。同様に、第２コリメーター４２から第２光学素子４３の第２入射面４３Ｎへ入射した第２光Ｅ２は、第２光学素子４３内の第２拡散中心４５において左右方向Ｘに最も集光され、第２拡散中心４５を起点として左右方向Ｘに広角化される。図９に示すように、実施形態１の光学素子体３４では、第１拡散中心３５および第２拡散中心４５は、いずれも１点ではなく、所定の大きさを持つ領域である。第１拡散中心３５および第２拡散中心４５は、仮想中心面Ｐｖに対して対称である。

光射出装置２では、カバーレンズ２２の曲率中心Ｐは、第１光軸３Ａ、第２光軸４Ａ、および左右方向Ｘと直交する方向（すなわち、前後方向Ｙ）から見た場合に、第１拡散中心３５および第２拡散中心４５とは異なる位置にある。言い換えれば、カバーレンズ２２は、第１拡散中心３５および第２拡散中心４５に対して偏心している。図９に示すように、前後方向Ｙから見た場合に、曲率中心Ｐは第１拡散中心３５および第２拡散中心４５と重なっておらず、第１拡散中心３５および第２拡散中心４５に対して鉛直方向Ｚに離れている。例えば、カバーレンズ２２の内側面２３の径が１６ｍｍ、外側面２４の径が１８ｍの場合、曲率中心Ｐと第１拡散中心３５および第２拡散中心４５は、前後方向Ｙに９．５ｍｍ離れている。

図１０は、カバーレンズ２２を第１光軸３Ａおよび第２光軸４Ａを含む面に対して傾けた状態を模式的に示す説明図である。曲率中心Ｐが第１拡散中心３５および第２拡散中心４５と異なる位置である場合には、第２軸Ｌ２を中心としてカバーレンズ２２を傾けたとき、カバーレンズ２２に対する光の入射方向と内側面２３の接線方向とのなす角度θ１と、カバーレンズ２２に対する光の入射方向と外側面２４の接線方向とのなす角度θ２とが異なる角度となるため、カバーレンズ２２を透過する光は屈折して出射する。カバーレンズ２２への入射光は左右方向Ｘに広角化されており、屈折角度は出射方向に応じて異なる。その結果、図７、図８に示すように、後方（－Ｙ方向）に凸となるように変形したライトカーテンＬＣが形成される。

（本形態の主な作用効果）
以上のように、実施形態１の光射出装置２は、第１光射出部３および第２光射出部４を備えており、第１光射出部３は、光を射出する第１光源３１と、第１光源３１から射出された光を第１光軸３Ａに対して略平行化する第１コリメーター３２と、第１コリメーター３２から射出された第１光Ｅ１を、第１光軸３Ａと異なる第１方向である左右方向Ｘについて広角化する第１光学素子３３を備える。また、第２光射出部４は、光を射出する第２光源４１と、第２光源４１から射出された光を第２光軸４Ａに対して略平行化する第２コリメーター４２と、第２コリメーター４２から射出された第２光Ｅ２を、第２光軸４Ａと異なる第１方向である左右方向Ｘについて広角化する第２光学素子４３を備える。さらに、第１光学素子３３および第２光学素子４３の下流側に設けられた曲面形状のカバーレンズ２２の曲率中心Ｐは、前後方向Ｙから見た場合に、第１光学素子３３において第１光Ｅ１が広角化される起点となる第１拡散中心３５、および、第２光学素子４３において第２光Ｅ２が広角化される起点となる第２拡散中心４５のいずれとも異なる位置である。

実施形態１の光射出装置２は、このように、カバーレンズ２２が曲面形状であり、第１拡散中心３５および第２拡散中心４５に対してカバーレンズ２２が偏心している。従って、カバーレンズ２２を第１光軸３Ａおよび第２光軸４Ａを含む面に対して傾けると、左右方向Ｘに広角化されて出射する光がその出射方向に応じて屈折して、ライトカーテンＬＣが平坦でなくなる。これにより、投写面ＳＣの上端の左右の端部に向かって投写面ＳＣとライトカーテンＬＣとの距離が小さくなる。よって、実施形態１の光射出装置２を備えた画像表示システムは、投写面ＳＣの上部におけるタッチ操作の操作性を向上させることができる。

実施形態１では、左右方向Ｘに略平行な回転軸線である第２軸Ｌ２を中心としてカバーレンズ２２が回転可能に支持されている。カバーレンズ２２の取付角度を適正な角度に調整することができる。その際、赤外線カメラで撮影してライトカーテンＬＣの形状を確認しながら行うことができるので、取付角度の調整が容易である。

実施形態１のカバーレンズ２２は、前後方向Ｙから見た場合に円弧形状である。従って、円弧形状の中心点（曲率中心）と拡散中心３５、４５とが異なる位置となるようにカバーレンズ２２を配置することによって、上記のように、カバーレンズ２２を第１光軸３Ａおよび第２光軸４Ａを含む面に対して傾けてライトカーテンＬＣと投写面ＳＣの上端の左右の端部との距離を近づけることができる。

実施形態１では、第１光学素子３３および第２光学素子４３が指向性レンズである。従って、第１光学素子３３および第２光学素子４３によって投写面ＳＣの左右方向Ｘに光を拡散させることができるので、横長の投写面ＳＣの全範囲に光を照射することができる。また、第１光学素子３３および第２光学素子４３は、指向性レンズとして、パウエルレンズからなる小レンズ３３０、４３０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３３０、４３０によって広角化された光が重畳される。従って、第１光源３１と第１光学素子３３との位置精度の低下、および、第２光源４１と第２光学素子４３との位置精度の低下があっても、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。よって、第１光源３１と第１光学素子３３との位置合わせ精度の緩和、および、第２光源４１と第２光学素子４３との位置合わせ精度の緩和が可能となる。

［実施形態２］
図１１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、カバーレンズ２２Ａの形状を除いて、実施形態１と同様に構成されている。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のカバーレンズ２２Ａは、前後方向Ｙから見て楕円弧形状である。カバーレンズ２２Ａは、長軸方向と左右方向Ｘとが一致し、仮想中心面Ｐｖに対して対称となるように配置される。カバーレンズ２２Ａの曲率中心Ｐ１、Ｐ２は、実施形態１と同様に、前後方向Ｙから見た場合に第１拡散中心３５および第２拡散中心４５と異なる位置にある。言い換えれば、カバーレンズ２２Ａは、第１拡散中心３５および第２拡散中心４５に対して偏心している。従って、実施形態１と同様に、第２軸Ｌ２を中心としてカバーレンズ２２Ａを傾けることによって、投写面ＳＣの上部においても、投写面ＳＣの上端の左右の端部に向かって投写面ＳＣとライトカーテンＬＣとの距離を小さくすることができる。よって、実施形態１の光射出装置２を備えた画像表示システムは、投写面ＳＣの上部におけるタッチ操作の操作性を向上させることができる。

［実施形態１、２の変形例］
（１）実施形態１、２では、第１光学素子３３および第２光学素子４３としてパウエルレンズを用いているが、他の指向性レンズを用いても良い。例えば、シリンドリカルレンズを用いても良い。また、実施形態１、２では、小レンズをアレイ化したレンズアレイを用いているが、単一のレンズを用いてもよい。

（２）実施形態１、２では、第１光学素子３３および第２光学素子４３を単一の光学素子体３４に設けているが、第１光学素子３３および第２光学素子４３を別体の部材にしてもよい。

（３）実施形態１、２では、第１光軸３Ａと第２光軸４Ａとが第１光学素子３３および第２光学素子４３の光路前段で交差するが、第１光軸３Ａと第２光軸４Ａとが交差しないように第１光射出部３と第２光射出部４を構成してもよい。

（４）実施形態１、２では、第１光射出部３と第２光射出部４を備え、２つの光源からの光を拡散させてライトカーテンＬＣを形成したが、光源の数は２以外であってもよい。例えば、光源の数を１にする場合には、光射出装置の構成として、光源と、光源から射出された光を光源の光軸に対して略平行化するコリメーターと、コリメーターから射出される第１光を、光源の光軸と異なる第１方向について第１拡散中心を起点として広角化する光学素子と、光学素子の下流側に設けられた曲面形状のカバーレンズと、を有し、光源の光軸および第１方向と直交する方向から見た場合に、カバーレンズの曲率中心は、第１拡散中心と異なる位置である構成を採用することができる。この場合に、カバーレンズは、円弧形状であってもよいし、楕円弧形状であってもよい。

［実施形態３］
図１２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、光学素子として円錐ミラー６を備える。円錐ミラー６は、投写面ＳＣとは反対側（－Ｙ方向）に頂点６１を向けて配置される。光射出部７は、円錐ミラー６の頂点６１の側に配置される。光射出部７の光軸方向は前後方向Ｙに沿う方向である。円錐ミラー６は、光射出部７から円錐面に入射した第１光を左右方向Ｘに拡散させて下方に出射し、ライトカーテンＬＣを形成する。円錐ミラー６は、下方から円弧形状のカバーレンズ２２Ｂによって覆われている。カバーレンズ２２Ｂは、左右方向Ｘに略平行な第２軸Ｌ２を中心として回転可能に支持される。なお、カバーレンズ２２Ｂは、円弧形状でなく楕円弧形状であってもよい。

実施形態３では、光を広角化させる光学素子が円錐ミラー６であり、円錐ミラー６によって広角化される第１光の拡散中心は円錐ミラー６の頂点６１を通る中心線上にある。カバーレンズ２２Ｂの曲率中心Ｐは、前後方向Ｙから見て円錐ミラー６の頂点６１とは異なる位置にある。言い換えれば、カバーレンズ２２Ｂは、円錐ミラー６によって広角化される第１光の拡散中心に対して偏心している。従って、実施形態１、２と同様に、第２軸Ｌ２を中心としてカバーレンズ２２Ｂを傾けることにより、投写面ＳＣの上端の左右の端部に向かって投写面ＳＣとライトカーテンＬＣとの距離を小さくすることができる。

［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において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…第１光射出部、３Ａ…第１光軸、４…第２光射出部、４Ａ…第２光軸、５…筐体、６…円錐ミラー、７…光射出部、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、２２Ａ、２２Ｂ…カバーレンズ、２３…内側面、２４…外側面、３１…第１光源、３２…第１コリメーター、３３…第１光学素子、３３Ｎ…第１入射面、３３Ｓ…第１平面、３４…光学素子体、３５…第１拡散中心、４１…第２光源、４２…第２コリメーター、４３…第２光学素子、４３Ｎ…第２入射面、４３Ｓ…第２平面、４５…第２拡散中心、６１…頂点、１００…画像表示システム、３３０…小レンズ、４３０…小レンズ、Ｄ…光の出射位置と投射面との前後方向の距離、Ｅ１…第１光、Ｅ２…第２光、ＧＬ…映像光、Ｈ…幅方向、Ｈｓｃ…投写面の高さ、Ｌ１…第１軸、Ｌ２…第２軸、ＬＣ…ライトカーテン、Ｍ…支持装置、Ｐ、Ｐ１、Ｐ２…曲率中心、Ｐｖ…仮想中心面、Ｑ…出射位置、Ｒ…第１回転方向、Ｒ１…装置本体の回転角度、Ｒ２…カバーレンズの回転角度、ＲＬ…反射光、ＳＣ…投写面、Ｖ…積層方向、Ｗｓｃ…投写面の幅、Ｘ…左右方向、Ｙ…前後方向、Ｚ…鉛直方向。

Claims (10)

1. 光源と、
   前記光源から射出された光を前記光源の光軸に対して略平行化するコリメーターと、
   前記コリメーターから射出される第１光を、前記光軸と異なる第１方向について第１拡散中心を起点として広角化する光学素子と、
   前記光学素子の下流側に設けられた曲面形状のカバーレンズと、を有し、
   前記光軸および前記第１方向と直交する方向から見た場合に、前記カバーレンズの曲率中心は、前記第１拡散中心と異なる位置であり、
   前記カバーレンズは、前記光軸を含む面に対して傾いていることを特徴とする光射出装置。
2. 前記カバーレンズは、前記光軸および前記第１方向と直交する方向から見て円弧形状または楕円弧形状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. 第１光源と、
   前記第１光源から射出された光を前記第１光源の光軸である第１光軸に対して略平行化する第１コリメーターと、
   第２光源と、
   前記第２光源から射出された光を前記第２光源の光軸である第２光軸に対して略平行化する第２コリメーターと、
   前記第１コリメーターから射出される第１光、および、前記第２コリメーターから射出される第２光を、前記第１光軸および前記第２光軸のいずれとも異なる第１方向について広角化する光学素子と、
   前記光学素子の下流側に設けられた曲面形状のカバーレンズと、を有し、
   前記光学素子は、第１拡散中心を起点として前記第１光を前記第１方向に広角化し、且つ、第２拡散中心を起点として前記第２光を前記第１方向に広角化し、
   前記第１光軸および前記第２光軸と直交する方向から見た場合に、前記カバーレンズの曲率中心は、前記第１拡散中心、および、前記第２拡散中心のいずれとも異なる位置であり、
   前記カバーレンズは、前記第１光軸、および、前記第２光軸を含む面に対して傾いていることを特徴とする光射出装置。
4. 前記カバーレンズは、前記第１光軸、前記第２光軸、および前記第１方向と直交する方向から見て円弧形状または楕円弧形状であることを特徴とする請求項３に記載の光射出装置。
5. 前記カバーレンズは、前記第１方向に略平行な回転軸線を中心として回転可能であることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の光射出装置。
6. 前記光学素子は、指向性レンズであることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の光射出装置。
7. 前記光学素子は、複数の小レンズを備え、
   前記複数の小レンズのそれぞれが前記指向性レンズであることを特徴とする請求項６に記載の光射出装置。
8. 前記光学素子は、円錐ミラーであることを特徴とする請求項１から５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、
   投写面と、
   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前記投写面に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。
10. 前記カバーレンズは、前記光射出装置から射出される光の射出方向を前記投写面の側へ向ける方向に傾いていることを特徴とする請求項９に記載の画像表示システム。

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