CN110032033B

CN110032033B - 光射出装置以及图像显示系统

Info

Publication number: CN110032033B
Application number: CN201910023050.4A
Authority: CN
Inventors: 大谷信
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2018-01-12
Filing date: 2019-01-10
Publication date: 2021-11-30
Anticipated expiration: 2039-01-10
Also published as: CN110032033A; US20190220103A1; US10802607B2; JP7052359B2; EP3511762A1; EP3511762B1; JP2019124732A

Abstract

本发明提供光射出装置以及图像显示系统，能够采用阵列化的透镜实现装置的小型化和组装精度的降低，并抑制由于阵列化的透镜引起的强度偏差、衍射的产生，从而维持良好的光的射出状态。采用由多个小透镜(331、431)构成的光学元件(33、43)。在此基础上，并且，多个小透镜(331、431)的阵列间距P相对于准直器(32、42)的焦距f处于根据两者的比例关系确定的规定的数值范围内。

Description

光射出装置以及图像显示系统

技术领域

本发明涉及例如能够应用于作为图像显示系统的投影仪的光射出装置以及使用光射出装置的图像显示系统。

背景技术

以往，公知有如下的图像显示系统：检测在显示有图像的显示面上进行操作的指示体(例如，笔或使用者的手指等)的位置，并根据该检测结果来进行与指示体的轨迹对应的显示或显示的变更。例如，公开了如下的图像显示系统：具有投影仪和沿着投影仪进行投射的投射面射出光的光射出装置，投影仪通过在投射面上进行操作的指示体对光的反射来检测指示体的位置，进行基于该检测结果的投射(例如，参照专利文献1)。

专利文献1所记载的光射出装置具有：光源；准直器，其是使从光源射出的光平行化的透镜；指向性透镜(鲍威尔透镜)，其使由准直器平行化后的光中的、沿着投射面的方向(第1方向)的光广角化。另外，关于鲍威尔透镜，在从与第1方向垂直的第2方向观察时，光入射侧为凸面状且光射出侧形成为平坦状，在从第1方向观察时，形成为矩形。

但是，在上述专利文献1中，关于专利文献1所记载的光射出装置，在光源与鲍威尔透镜的位置产生偏移时，投射面上的光强度的偏差变得显著，因此，投影仪难以高精度地检测指示体的位置。因此，专利文献1所记载的光射出装置存在用于光源与鲍威尔透镜的对位的工时增加的课题。

为了解决上述问题，考虑使鲍威尔透镜进行阵列化。通过进行阵列化，可期待小型化、以及实现组装精度的降低。但是，为了减少组装精度引起的强度偏差，需要使阵列间距小至一定程度以上，但另一方面，当使阵列间距过小时，有可能产生光的衍射，出现干涉条纹。

专利文献1：日本特开2015-111385号公报

发明内容

本发明的目的在于提供一种光射出装置以及使用该光射出装置的图像显示系统，能够使用阵列化后的透镜实现装置的小型化、组装精度的降低，并抑制由于阵列化的透镜引起的强度偏差、衍射的产生，从而维持良好的光射出状态。

本发明的光射出装置具有：光源，其射出光；准直器，其使从光源射出的光平行化；以及光学元件，其具有多个透镜，所述多个透镜使通过了准直器的光在与第1方向和第2方向中的第1方向对应的方向上广角化，该第1方向和第2方向相对于光源的光轴在相互不同的方向上延伸，多个透镜沿着第1方向排列，相对于准直器的焦距的多个透镜的第1方向上的阵列间距在基于比例关系的规定的数值范围内。

在上述光射出装置中，通过使用由多个透镜构成的光学元件，实现了装置的小型化、组装精度的降低。在此基础上，并且，多个透镜的阵列间距相对于准直器的焦距在根据两者的比例关系确定的规定的数值范围内，由此能够抑制由于构成光学元件的多个透镜引起的强度偏差、衍射的产生，从而维持良好的光的射出状态。

在本发明的具体方面中，相对于准直器的焦距的多个透镜的阵列间距根据来自光源的光的射出状态来确定。在该情况下，能够根据例如来自光源的光的波长和扩展程度等使多个透镜成为适当的多个透镜。

在本发明的另一方面中，在设准直器的焦距为fmm、多个透镜的第1方向上的阵列间距为Pmm、来自光源的光的波长为λμm、光源的第1方向的宽度为Lμm、来自光源的光的第1方向上的角度宽度为W°的情况下，满足

在该情况下，能够通过满足上式(1)而抑制衍射的产生，并且，能够通过满足上式(2)而抑制强度偏差。

在本发明的又一方面中，在光学元件中，多个透镜的第1方向上的阵列间距在规定范围内具有不同的值，在设准直器的焦距为fmm、多个透镜的第1方向上的阵列间距的中心值为Pmm、来自光源的光的波长为λμm、光源的第1方向上的宽度为Lμm、来自光源的光的第1方向上的角度宽度为W°的情况下，满足

在该情况下，能够通过使多个透镜的第1方向上的阵列间距在规定范围内具有不同的值并满足上式(3)而抑制衍射的产生，并且，能够通过满足上式(4)而抑制强度偏差。

在本发明的又一方面中，来自光源的光的角度宽度在具有光的最大强度的10％以上的强度的范围内。在该情况下，例如，能够在将光射出装置应用于图像显示系统时，以具有可利用的程度的强度的光的成分为基准而确定良好的光的射出状态。

在本发明的又一方面中，在由来自光源的光形成的光束的有效宽度内包含多于2个的多个透镜。在该情况下，能够使来自光源侧的光在多个透镜中充分地平均化。

在本发明的又一方面中，对于光学元件，第1方向和第2方向与光源的光轴垂直并且彼此垂直。

本发明的图像显示系统具有：上述任意一项所述的光射出装置；检测装置，其检测从光射出装置射出的光的反射位置；以及投影装置，其投射与由检测装置检测到的检测结果对应的图像。

在上述图像显示系统中具有上述光射出装置，因此，能够由检测装置根据检测结果进行与指示体的轨迹对应的显示或显示的变更的、所谓交互的图像显示。这时，特别是，由于能够在光射出装置中实现装置的小型化、组装精度的降低并抑制衍射的产生从而维持良好的光的射出状态，所以能够将检测装置中的检测精度维持为较高的状态。

附图说明

图1是示出第1实施方式的图像显示系统的概略结构的示意图。

图2是示出图像显示系统的概略结构的框图。

图3是示出第1实施方式的光射出装置的概略结构的示意图。

图4A是示出准直器的焦距较小的情况下的光射出的情形的示意图。

图4B是示出准直器的焦距较大的情况下的光射出的情形的示意图。

图5是示出准直器的焦距与多个小透镜或多个透镜的阵列间距的关系的曲线图。

图6是示出从光源射出的光的情形的一例的侧视图。

图7是用于示出从图6中的光源射出的光的特性的曲线图。

图8A是示出从光射出装置射出的光在被照射面上的强度分布的示意图。

图8B是示出从光射出装置射出的光的强度分布的曲线图。

图9是示出强度偏差相对于多个小透镜的阵列间距的变化的变化的曲线图。

图10是示出由于衍射产生的干涉条纹相对于多个小透镜的阵列间距的变化的变化的曲线图。

图11是用于示出在准直器的焦距与多个小透镜的阵列间距之间应该满足的数值关系的曲线图。

图12是示出第2实施方式的光射出装置中的强度偏差相对于多个小透镜的阵列间距的变化的变化的曲线图。

图13是示出由于衍射产生的干涉条纹相对于多个小透镜的阵列间距的变化的变化的曲线图。

图14是用于示出在准直器的焦距与多个小透镜的阵列间距之间应该满足的数值关系的曲线图。

图15是示出第3实施方式的光射出装置的概略结构的示意图。

图16是将图15中的由多个小透镜构成的光学元件放大后的图。

标号说明

1：投影仪；2：光射出装置；3：第1光射出部；4：第2光射出部；3A、4A：光轴；11：投影用光源；12：光调制装置；13：投影透镜；14：控制部；15：投影装置；16：摄像装置；22：玻璃罩；31、41：光源；32、42：准直器；33、43：光学元件；34U：光学元件体；100：图像显示系统；302：光射出装置；303：第1光射出部；304：第2光射出部；331、431：小透镜；AR1：箭头；C1、C2：直线；D1：区域；EL：光；G1～G3：曲线图；GD1～GD3：曲线图；GL：影像光；GV1～GV3：曲线图；H：水平方向(第1方向)；L：宽度；M：支承装置；O：原点；P：阵列间距；Q1、Q2：曲线；RL：反射光；SC：被照射面；V：第2方向；W：角度宽度(放射角度宽度)；f：焦距；λ：波长；

直径。

具体实施方式

[第1实施方式]

以下，参照图1等对第1实施方式的光射出装置和图像显示系统的一例进行说明。

如图1示意性所示，本实施方式的图像显示系统100具有投影仪1和光射出装置2。此外，如图2所示，投影仪1具有：作为主体部分的投影装置15，其进行图像投射；以及作为检测装置的摄像装置16，其检测作为由从光射出装置2射出的光EL(参照图1)引起的成分的反射光RL。

投影装置15具有投影用光源11、光调制装置12、投影透镜13和控制部14，并从投影透镜投射影像光GL，以投射与所输入的图像信息对应的图像或与由摄像装置16检测到的检测结果对应的图像。如图1所示，投影仪1被支承装置M支承，从朝向下方的一侧向被照射面SC投射图像，该支承装置M设置于屏幕或白板等被照射面SC的上方的壁面上。另外，下面为了方便说明，如图1所示，将以相对于被照射面SC的法线方向为前后方向时的、朝向被照射面SC的方向记作前方(+Y方向)、与重力相反的方向记作上方(+Z方向)、朝向被照射面SC时的右侧记作右方(+X方向)。被照射面SC成为与XZ面平行的面。

投影装置15通过光调制装置12根据图像信息调制从投影用光源11射出的光，将调制后的光从投影透镜13投射到被照射面SC上。另外，作为光调制装置12，可以使用利用了液晶面板的光调制装置、或利用了微镜型装置例如DMD等的光调制装置。

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，还例如进行与基于从摄像装置16输出的信息的图像的投射相关的控制等。

如图1所示，光射出装置2设置于作为对象平面的被照射面SC上方的壁面上，沿着该被照射面SC射出光EL。这里，例如，作为光EL，射出激光红外光，该激光红外光射出光强度的峰值为大约940nm的波长。

摄像装置16例如具有CCD或CMOS等摄像元件(省略图示)，拍摄被照射影像光GL的被照射面SC，将拍摄出的信息输出到控制部14。这时，与此同时，摄像装置16通过检测作为被位于被照射面SC或其附近的指示体(例如笔或使用者的手指等)反射从光射出装置2射出的红外光的光EL所得的成分的反射光RL，检测指示体的位置(反射位置)，并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输出的信息来分析被照射面SC上的指示体的位置，根据其分析结果来进行例如图像信息中与表示指示体的轨迹的线重叠的重叠图像的投射、或投射的图像的变更等。综上所述，能够进行作为与用户在被照射面SC上的动作对应的图像显示的交互图像显示。

下面，参照图3对光射出装置2的结构更加详细地进行说明。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从被照射面SC向上方(+Z侧)离开，配置于被照射面SC的左右方向上的大致中央。即，光射出装置2配置于被照射面SC的中心位置CX的位置。光射出装置2具有第1光射出部3、第2光射出部4以及覆盖这些部件的玻璃罩22。这些部件中的第1光射出部3和第2光射出部4成为左右对称的一对结构。

光射出装置2中的第1光射出部3具有第1光源31、第1准直器32和第1光学元件33。在第1光射出部3中，第1准直器32和第1光学元件33配置于第1光源31的第1光轴3A上，第1光射出部3向左斜下方射出光。

另一方面，与第1光射出部3同样，第2光射出部4具有第2光源41、第2准直器42和第2光学元件43。在第2光射出部4中，第2准直器42和第2光学元件43配置于第2光源41的第2光轴4A上，第2光射出部4向右斜下方射出光。也就是说，构成光射出装置2的第1光射出部3和第2光射出部4向相互不同的方向射出光EL。

第1光轴3A和第2光轴4A在第1准直器32与第1光学元件33之间、以及第2准直器42与第2光学元件43之间交叉。即，光射出装置2构成为使从第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。

如上所述，光源31、41例如是射出光强度的峰值为大约940nm的波长的激光光源，例如构成为具有作为发光部的活性层以及层叠在活性层的两侧的包覆层等。光源31、41使用了在沿着活性层的第1方向H和与第1方向H垂直且活性层和包覆层所层叠的层叠方向(第2方向V)上配光特性不同的类型、例如多模式振荡型的激光光源。这里，来自各光源31、41的光将与第1方向H和第2方向V垂直的第3方向S作为沿着各光轴3A、4A的方向射出。另外，在本实施方式中，第1方向H和第3方向S为沿着图1所示的被照射面SC的方向，即与XZ面平行。

准直器32、42使从光源31、41的各点射出的光大致平行化。即，准直器32、42使入射的光平行化。例如，准直器32使从光源31的第1光轴3A上的一点射出并以与第1光轴3A具有角度的方式扩展的成分光以与第1光轴3A大致平行的方式行进。

光学元件33、43由折射率高的合成树脂等形成为俯视时的矩形。如图3所示，光学元件33在光的入射侧设置有多个小透镜331或者多个透镜331，光的射出侧形成为平坦状。多个小透镜331分别沿着矩形的一边即在第2方向V上均匀地延伸，并沿着与该一边垂直的方向即第1方向H排列。换言之，在第1光射出部3中，光学元件33的多个小透镜331配置成沿着第1方向H排列，分别成为在第2方向V上延伸的状态。

光学元件33使通过了准直器32的光EL在第1方向H上广角化并在第2方向V上维持由准直器32平行化后的方向，以光轴3A为中心射出。即，光学元件33使入射的光EL仅在与垂直于光轴3A的方向中的第1方向H对应的方向上广角化。这时，光EL成为被构成光学元件33的多个小透镜331广角化并重叠的状态。在光学元件43中也同样如此。即，光学元件43使通过了准直器42的光EL仅在与第1方向H对应的方向上广角化，这时，光EL成为被多个小透镜431或者多个透镜431广角化并重叠的状态。另外，图6示出了如上所述的多个小透镜331、431对光EL广角化的情形的一例。

通过具有如上这样的结构，例如，在如图1所示地设置有图像显示系统100的情况下，本实施方式的光射出装置2在被照射面SC上或其附近的整个范围内照射光EL，当指示体到达光EL的照射区域时，光EL的成分的一部分被反射，由摄像装置16检测出光EL的成分的这一部分，从而完成对指示体的适当检测。另外，图8A示出了关于来自第1光射出部3的射出成分和来自第2光射出部4的射出成分、以及统合这些成分后的射出成分的、沿着被照射面SC的区域中的强度分布的一例。

这里，例如，在如上所述的结构的图像显示系统100中，为了提高投影仪1中的指示体的位置检测精度，重要的是以充分的光量稳定供给来自光射出装置2的光EL。即，重要的是使得不出现如下这样的情况：假设由于光射出装置2中的强度偏差或由于光的衍射产生干涉条纹，检测程度因被照射面SC的位置而出现较大的差异。

特别是，为了抑制光射出装置2中的光的强度偏差或衍射，重要的是准直器32(或者42)的焦距f与构成光学元件33(或者43)的多个小透镜331(或者431)的阵列间距P的关系。在本实施方式中，多个小透镜331(或者431)具有相同的大小和形状，阵列间距P成为固定的间隔，即，阵列间距P的值在一个光学元件33(或者43)内相同。另外，根据第1光射出部3与第2光射出部4的对称性，以下，原则上仅说明与第1光射出部3有关的结构，但在第2光射出部4中也同样适用。

例如，如图4A示意性所示，在准直器32的焦距f较小的情况下，从准直器32射出的光EL的光束的宽度也变小，另一方面，角度宽度变大。因此，需要使多个小透镜331的阵列间距P变小(变窄)。与此相对，例如，如图4B示意性所示，在焦距f较大的情况下，如果光源中的光EL的射出状态与图4A的情况相同，则从准直器32射出的光EL的光束的宽度变大，角度宽度变小。因此，能够使多个小透镜331的阵列间距P变大。但是，当增大焦距f时，与图4A的情况相比，装置会大型化。

为了抑制光射出装置2中的光EL的强度偏差，需要考虑如上所述的情况并预先设为相对于光EL的光束的宽度而窄到一定程度以上的阵列间距P。另一方面，如果使阵列间距P过窄，则接下来会产生如下问题：在光EL中产生由于衍射引起的干涉条纹。即，根据被照射面SC的位置，有可能光EL的成分相互加强或者相互抵消而在强度中出现斑点。

在本实施方式中，根据上述的图4所示的关系，使相对于准直器32的焦距f的多个小透镜331的阵列间距P在基于比例关系的规定的数值范围内。具体而言，考虑设焦距f与阵列间距P的关系为如图5的曲线图所示的范围内。

首先，在图5中，横轴为阵列间距P，纵轴为焦距f。这里，在图中，以夹在直线C1与直线C2之间的区域D1作为上述规定的数值范围内，该直线C1是存在焦距f与阵列间距P成正比的关系的直线(即，通过曲线图的原点O的直线)。即，当越过区域D1而到达直线C1侧时，多个小透镜331的阵列间距P相对于准直器32的焦距f过小(过细)，有可能产生衍射的影响。另一方面，当越过区域D1而到达直线C2侧时，阵列间距P相对于焦距f(即，相对于光束的宽度)过大，有可能产生强度偏差的影响。

另外，在上述内容中，关于光源31侧的发光，以成为某个恒定的状态为前提说明了产生衍射、强度偏差，但还考虑区域D1的范围(即直线C1与直线C2的斜率)也根据光源31侧的状态而发生变化。具体而言，例如，能够与来自光源31的光EL的波长或扩展程度这样的光的射出状态对应地确定直线C1、直线C2。如在图中也用双向箭头所示，例如，如果射出的光的波长变短，则更加难以产生衍射，直线C1的斜率变大。也就是说，区域D1的范围扩大。相反，如果射出的光的波长变长，则直线C1的斜率变小，区域D1的范围变窄。

此外，在光源31的尺寸即光源的宽度变大的情况下，也由于光的产生是平面式的，所以更加难以产生衍射，直线C1的斜率变大。也就是说，区域D1的范围扩大。相反，如果光源的宽度变小，则直线C1的斜率变小，区域D1的范围变窄。

并且，例如，在图4或者图6所示的光源31(仅代表性地示出发光部)中，产生时的光EL的角度宽度(放射角度宽度)W(参照图6)越宽，则光束的宽度越大，所以容易使阵列间距P变大。因此，难以产生强度偏差，直线C2的斜率变小。也就是说，区域D1的范围扩大。相反，如果角度宽度W变窄，则直线C2的斜率变大，区域D1的范围变窄。

这里，当假设使光源31、41的宽度较宽的方向为欲尽可能射出平行的光的方向时，即使由准直器32平行化，也由于光源31、41的宽度较宽而产生具有角度的光的成分，所以将在一定程度上广角化。因此，不使光源31、41的宽度变宽的方向成为尽可能射出平行的光的方向，而设为广角化的方向。在现有技术中，进一步使光源的宽度较宽的方向与来自光源的光的扩展变得更大的方向垂直(例如，参照上述专利文献1的图4等)。在此基础上，在本实施方式中，根据参照图5而考虑到的上述条件，在作为多个小透镜331、431的排列方向即使光广角化的方向的第1方向H上加宽光源31、41的宽度并且增大光的扩展，从而能够更加扩大区域D1的范围。

以下，参照图6～图10，考察关于光射出装置2的一个具体实施例，由此，作为最终结果，在与图5对应的图11中示出关于上述区域D1、即关于直线C1、直线C2的具体数值的一例。

首先，如图6所示，在此处的一例中，首先，关于光源31，设光源31的尺寸即光源的宽度L为L＝11μm、射出的光EL的角度宽度W为W＝39°。另外，关于光EL的波长λ，如上所述，设λ＝940nm(即0.940μm)为基准波长。

此外，关于准直器32，设焦距f为f＝4.48mm、直径

为

并且，关于光学元件33，设多个小透镜331的阵列间距P为P＝0.9mm的相等间隔。

这里，关于光EL，还假设成为图7所示的特性L。即，关于从光源31放射时的强度分布，如图7中左侧的曲线图所示，在水平方向(第1方向H)上具有曲线Q1所示的分布特性，在垂直方向(第2方向V)上具有曲线Q2所示的分布特性。这里，关于水平方向(第1方向H)上的强度，设具有光的最大强度的10％以上的强度的范围为光EL的角度宽度W。也就是说，换而言之，从光源31射出具有10％以上的强度的角度范围为39°的特性的光。接着，关于光EL，向光学元件33入射的入射强度分布即向多个小透镜331入射的入射强度分布成为如图7中右侧的曲线图G1～G3所示的入射强度分布。另外，这些曲线图示出图6的A-A剖面中的光EL的光束截面的情形。即，这些曲线图是经过准直器32而平行化之后且向光学元件33入射之前的状态的曲线图。根据曲线图G1～G3可知，成为中心侧的强度较高且强度随着朝向周边侧而下降的分布。处于这种状态的光EL经过光学元件33，由此，能够帘幕状地扩展以在利用多个小透镜331的扩散作用被广角化且均匀化的状态下覆盖整个被照射面SC。

图8A是示意性示出从光射出装置2射出的光EL在被照射面SC上的强度分布的图，图8B是示出光EL的强度分布的曲线图。图8A和8B均示出了各位置处的强度。例如，在图8A中，光射出装置2中的第1光射出部3的强度分布用标记3L表示，第2光射出部4的强度分布用标记4L表示。作为光射出装置2整体的强度分布用标记2L表示，相当于使强度分布3L与强度分布4L重叠所成的强度分布。此外，在图8B中，横轴是关于被照射面SC以垂直向下的方向(-Z方向)为基准即0°的角度，由此，横轴表示方向或者位置，纵轴表示光的强度。

在本实施方式中，如图所示，关于各光源31、41，将沿着强度变得最强的光轴的方向(关于光EL的行进方向为角度零的方向)与纵横比(例如，2：1或者接近2：1的比率)对应地分别设置成朝向被照射面SC的右下和左下，以确保被照射面SC中的距光射出装置2最远的右下和左下的强度。因此，如图8A和8B所示，在各光源31、41中的强度分布或者组合这些强度分布所成的强度分布的任意一个中，作为朝向被照射面SC的右下和左下的方向的±45°的方向周围的强度都与纵横比对应地最高。

在如上所述的结构中，在上述实施例中，关于图6所示的多个小透镜331的阵列间距P，使设为P＝0.9mm的阵列间距P发生变化，另一方面，通过设准直器32的焦距f等其它值为保持固定的状态，研究了阵列间距P的取值范围。

首先，研究了强度偏差相对于阵列间距P的变化的变化。这里，每当确定阵列间距P的值时，使光学元件33的位置在双向的箭头AR1所示的方向即水平方向(第1方向H)上发生变化(移动)而观察到伴随移动量的放射强度的变化。图9是示出该变化的情形的曲线图。例如，图中左侧的曲线图GV1示出了设阵列间距P为P＝1.3mm的情况下的、使光学元件33在箭头AR1上在一个阵列间距P的量的0％～100％的范围内移动的情况下的强度的变化的情形。另外，在该情况下，0％即不移动的情况和100％即移动了一个阵列间距P的位置的情况下，根据阵列的规则性(周期性)，成为完全相同的状态。因此，可以认为在0％至100％中移动的期间内的情况下的强度变化的情形成为表示可能产生的强度偏差(强度的斑点)的指标。如曲线图GV1所示，如果P＝1.3mm，则认为强度几乎不发生变化，能够充分抑制强度偏差。另一方面，图9中的中央侧的曲线图GV2表示在设为P＝1.4mm的情况下进行了与上述相同的内容，图9中的右侧的曲线图GV3表示在设为P＝1.5mm的情况下进行了与上述相同的内容。根据这些结果，在曲线图GV3的状态(P＝1.5mm)下，强度偏差的产生变得非常大，为了抑制该情况，认为优选预先将阵列间距P最大设定为P＝1.4mm左右。

另外，在该情况下，准直器32的直径

为

平行光束化后的光EL的光束的宽度(有效宽度)也大致为相同程度。因此，关于与阵列间距P的关系，在由光EL形成的光束的有效宽度内包含多于2个的多个小透镜331。并且，如果P＝1.3mm，则在由光EL形成的光束的有效宽度内包含三个的多个小透镜331。

接着，研究了由于衍射引起的干涉条纹的产生状况相对于阵列间距P的变化的变化。这里，如图10中的曲线图GD1～GD3所示，每当确定阵列间距P的值时，确认了表示被照射面SC的位置的每个角度的强度的变化宽度(或者振动宽度)。例如，图中左侧的曲线图GD1示出了设阵列间距P为P＝0.4mm的情况下的强度的变化(振动)的情形。在该情况下，可知强度的变化宽度(或者振动宽度)相当大。由此可知，产生由于衍射产生的干涉条纹，即，存在光发生干涉而相互加强的部位和相互抵消的部位，这些部位之间的强度差变大。在该情况下，特别是，强度最弱时的检测灵敏度有可能下降。因此，期望可充分地抑制这样的强度的变化(振动)。图中的中央侧的曲线图GD2示出了在设P＝0.5mm的情况下进行了与上述相同的内容，图中的右侧的曲线图GD3示出了在设为P＝0.6mm的情况下进行了与上述相同的内容。根据这些结果，在曲线图GD3的状态(P＝0.6mm)下，能够充分抑制产生由于强度的变化(振动)即衍射引起的干涉条纹。因此，在该情况下，考虑优选预先将阵列间距P最小设至P＝0.6mm左右。

基于上述内容，尝试导出关于如图11所示的区域D1的、即关于直线C1、直线C2的具体数值的一例。

首先，如上所述，直线C1和直线C2是示出焦距f与阵列间距P的比例关系的直线。也就是说，为

f∝P，

如果设与直线C1有关的比例常数为k₁、与直线C2有关的比例常数为k₂，则这些直线分别成为

f＝k₁P

f＝k₂P。

也就是说，关于区域D1，成为

f≤k₁P

并且，f≥k₂P。

并且，如参照图5所说明那样，直线C1、直线C2也可能与光EL的射出状态对应地发生变化。

这里，首先，考虑涉及直线C1的事项。在上述的情况下，如上所述，例如，作为光EL使用的红外光的波长λ(单位：μm)越短(越小)，则直线C1的斜率越大。也就是说，区域D1的范围扩大。因此，波长λ在与如上所述的直线C1有关的式中成为反比例的要素。

此外，例如，光源31的宽度L(单位：μm)即光EL的射出时的范围越宽(越大)，则直线C1的斜率越大。也就是说，区域D1的范围扩大。因此，宽度L在与如上所述的直线C1有关的式中成为正比例的要素。也就是说，为

如果重新设与直线C1相关的比例常数为K₁，则成为

这里，可知如果代入上述的例子中的各值，则为f＝4.48mm、λ＝0.940μm、L＝11μm，阵列间距P的下限优选设为P＝0.6mm左右，因此，优选设K₁为K₁＝0.638，即，设直线C1为

接着，考虑涉及直线C2的事项。在上述的情况下，如上所述，光源31的角度宽度W(单位：°)越宽(越大)，则直线C2的斜率越小。也就是说，区域D1的范围扩大。因此，角度宽度W在与如上所述的直线C2有关的式中成为正比例的要素。也就是说，为

如果重新设与直线C2相关的比例常数为K₂，则成为

这里，可知如果代入上述的例子中的各值，则为f＝4.48mm、W＝39°、L＝11μm，阵列间距P的上限优选设为P＝1.4mm左右，因此，优选设K₂为K₂＝124.8、即，设直线C2为

关于上述内容与之前同样，如果示出区域D1，则在设准直器32的焦距为fmm、多个小透镜331的阵列间距为Pmm、来自光源31的光EL的波长为λμm、光源31的宽度为Lμm、来自光源31的光EL的角度宽度为W°的情况下，满足

根据上述说明可知，能够通过满足上式(1)而抑制衍射的产生，并且，能够通过满足上式(2)而抑制强度偏差。

如上所述，在本实施方式中，通过使用由多个小透镜331、431构成的光学元件33、43，实现了装置的小型化、组装精度的降低。在此基础上，并且，通过使多个小透镜331、431的阵列间距P相对于准直器32、42的焦距f处于根据两者的比例关系确定的规定的数值范围内，能够抑制由于构成光学元件33、43的多个小透镜331、431引起的强度偏差、衍射的产生，从而维持良好的光的射出状态。

另外，即使在例如焦距f的值等与上述的情况(f＝4.48mm)不同的方式中，也可以进行与上述相同的考察。特别是，关于正比、反比的关系性也同样如此，因此，关于取得的常数K₁等，认为在焦距f的值等不同的相同方式中，也成为与上述情况相同的程度。因此，认为通过采用处于满足上式(1)、(2)的关系的结构，即使在与在上述相同的方式中各数值不同的情况下，也能够同样维持良好的光的射出状态的可能性高。

〔第2实施方式〕

以下，参照图12～图14对第2实施方式的光射出装置进行说明。本实施方式为第1实施方式等的变形例，除了光学元件中的多个小透镜的结构以外都与第1实施方式的情况相同，因此对具有相同功能的部件应用相同的标记，省略各部件的详细说明和图示。此外，向图像显示系统的应用也与第1实施方式的情况相同，因此省略说明。

图12～图14是分别对应于在第1实施方式中示出的图9～图11的图，示出了本实施方式中的多个小透镜的特性和关系式。

在本实施方式中，如下方面与设间距为固定值的第1实施方式的情况不同：在多个小透镜中，阵列间距具有在规定范围内不同的值、或者具有规定范围内的随机性。这里，作为一例，在相对于作为基准的中心值的阵列间距P的±30％的范围内，多个小透镜的间距是随机的。例如，考虑诸如使得各小透镜的大小相互不同，由相似形状形成。

首先，关于强度偏差，在图12中用曲线图示出与在第1实施方式中参照图9而示出的情况相同的内容。具体而言，在图12中，例如，图中左侧的曲线图GV1示出了设作为基准的中心值的阵列间距P为P＝1.3mm且在±30％的范围具有随机性的透镜阵列的情况下的强度的变化的情形。另外，这里的一个阵列间距P的量设为作为基准的一个阵列间距P的量。与关于曲线图GV1所说明的情况同样，设为P＝1.4mm的情况为图12中的中央侧的曲线图GV2，设为P＝1.5mm的情况为图12中的右侧的曲线图GV3。根据这些结果，在曲线图GV3的状态(P＝1.5mm)下，强度偏差的产生变得非常大，为了抑制该情况，认为优选预先将阵列间距P最大设定为P＝1.4mm左右。也就是说，可知与第1实施方式的情况大致相同。

另一方面，关于由于衍射产生的干涉条纹的产生状况，产生了与第1实施方式的情况不同的结果。这里，在图13中用曲线图示出了与在第1实施方式中参照图10而示出的情况相同的内容。具体而言，图13中的、例如图中的左侧的曲线图GD1示出了设基准的阵列间距P为P＝0.3mm且在±30％的范围具有随机性的透镜阵列的情况下的强度的变化(振动)的情形。同样，图13中的中央侧的曲线图GD2示出了在设为基准的阵列间距P＝0.4mm的情况下进行了与上述相同的内容，图13中的右侧的曲线图GD3示出了在设为基准的阵列间距P＝0.5mm的情况下进行了与上述相同的内容。根据这些结果，在曲线图GD1的状态(P＝0.3mm)下，能够充分抑制产生由于强度的变化(振动)即衍射引起的干涉条纹。因此，在该情况下，考虑优选预先将作为基准的阵列间距P最小设至P＝0.3mm左右。在该情况下，通过采用具有随机性的结构，特别是，认为原因是难以产生由于衍射产生的干涉条纹。

基于上述内容，尝试导出关于如图14所示的区域D1的、即关于直线C1、直线C2的具体数值的一例。

首先，考虑涉及直线C1的事项。与第1实施方式的情况同样，为

如果重新设与直线C1有关的比例常数为K₁，则为

这里，可知如果代入上述的例子中的各值，则为f＝4.48mm、λ＝0.940μm、L＝11μm，阵列间距P的下限优选设为P＝0.3mm左右，因此，优选设K₁为K₁＝1.28，即，设直线C1为

另一方面，关于直线C2，与强度偏差有关的事项与第1实施方式的情况不具有数值上的差异，因此，可知期望设为

根据上述说明可知，在该情况下，能够通过使多个小透镜的阵列间距P具有规定范围内的随机性并满足上式(3)而抑制衍射的产生，并且，能够通过满足上式(4)而抑制强度偏差。

如上所述，在本实施方式中，通过使用由多个透镜构成的光学元件，实现了装置的小型化、组装精度的降低。在此基础上，并且，通过使多个小透镜的阵列间距P相对于准直器的焦距f处于根据两者的比例关系确定的规定的数值范围内，能够抑制由于构成光学元件的多个小透镜引起的强度偏差、衍射的产生，从而维持良好的光的射出状态。

〔第3实施方式〕

以下，参照图15、图16对第3实施方式的光射出装置进行说明。本实施方式为第1实施方式等的变形例，除了光学元件的结构以外都与第1实施方式等的情况相同，因此对具有相同功能的部件应用相同的标记，省略各部件的详细说明。此外，向图像显示系统的应用也与第1实施方式的情况相同，因此省略说明。

在本实施方式中，如图15和图16所示，在第1实施方式等中作为分体部件的第1光学元件33和第2光学元件43成为了一体化的光学元件体34U的方面与其它实施方式的情况不同。

如果更具体地进行说明，则首先，图15是对应于图3的图，如在图15中示出概略结构那样，本实施方式的光射出装置302具有第1光射出部303、第2光射出部304以及覆盖这些部件的玻璃罩22。这些部件中的第1光射出部303具有第1光源31、第1准直器32和第1光学元件33，与第1光射出部303同样，第2光射出部304具有第2光源41、第2准直器42和第2光学元件43。但是，第1光射出部303的第1光学元件33和第2光射出部304的第2光学元件43被一体化成作为一个部件的光学元件体34U。光学元件体34U由折射率较高的合成树脂等形成，在左侧具有第1光学元件33，在右侧具有第2光学元件43，形成为左右对称。

另外，关于图16中示出一例的构成各光学元件33、43的多个小透镜331、431，能够采用各种形状。例如，关于阵列间距P，除了如第1实施方式的情况那样采用固定的值的情况以外，还考虑如第2实施方式的情况那样采用具有随机性的结构。

如上所述，在本实施方式中，通过使用将由多个小透镜331、431构成的光学元件33、43一体化后的光学元件体34U，实现了装置的小型化、组装精度的降低。在此基础上，并且，通过使多个小透镜的阵列间距P相对于准直器的焦距f处于根据两者的比例关系确定的规定的数值范围内，能够抑制由于构成光学元件的多个小透镜引起的强度偏差、衍射的产生，从而维持良好的光的射出状态。

〔其他〕

以上，结合实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述各实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内以各种形态实施。

首先，在上述的各实施方式中，关于构成透镜阵列的多个小透镜的各个形状，能够以实现作为目的的广角化等为前提，采用各种曲面形状。例如，还考虑采用球面的情况或采用非球面的情况。此外，除了关于光轴延伸的方向具有对称性的情况以外，还考虑采用非对称的形状。

此外，关于光源中的各种值也可以采用各种值，例如，关于光EL的波长λ、光源31的宽度L或者光EL的角度宽度W，可以采用各种值。这时，例如，以处于满足上述关系的范围的方式确定准直器32、光学元件33的设计。

此外，在上述实施方式中，说明了采用所谓前投式投影仪1作为图像显示系统100的结构，但只要是使用显示图像的装置的结构，则不限定于此。例如，也可以采用利用来自光射出装置的光覆盖液晶显示器、有机EL显示器等图像显示面上的结构。

Claims

1.一种光射出装置，其具有：

光源，其射出光；

准直器，其使从所述光源射出的光平行化；以及

光学元件，其具有多个透镜，所述多个透镜使通过了所述准直器的光在与第1方向和第2方向中的所述第1方向对应的方向上广角化，该第1方向和第2方向相对于所述光源的光轴在彼此不同的方向上延伸，

所述多个透镜沿着所述第1方向排列，

相对于所述准直器的焦距的所述多个透镜的所述第1方向上的阵列间距在基于比例关系的规定的数值范围内，

在设所述准直器的焦距为fmm、所述多个透镜的所述第1方向上的阵列间距为Pmm、来自所述光源的光的波长为λμm、所述光源的所述第1方向上的宽度为Lμm、来自所述光源的光的所述第1方向上的角度宽度为W°的情况下，满足

来自所述光源的光的角度宽度在具有光的最大强度的10％以上的强度的范围内。

2.根据权利要求1所述的光射出装置，其中，

相对于所述准直器的焦距的所述多个透镜的阵列间距根据来自所述光源的光的射出状态而确定。

3.根据权利要求1或2所述的光射出装置，其中，

在由来自所述光源的光形成的光束的有效宽度内包含多于2个的所述多个透镜。

4.根据权利要求1或2所述的光射出装置，其中，

对于所述光学元件，所述第1方向和所述第2方向与所述光源的光轴垂直并且彼此垂直。

5.一种图像显示系统，其具有：

权利要求1～4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；以及

投影装置，其投射与由所述检测装置检测出的检测结果对应的图像。