特開 2024-26011 光学系装置および光学素子製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024026011

(43)【公開日】2024-02-28

(54)【発明の名称】光学系装置および光学素子製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 3/00 20060101AFI20240220BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20240220BHJP

   F21V 5/04 20060101ALI20240220BHJP

   F21Y 115/30 20160101ALN20240220BHJP

【ＦＩ】

G02B3/00 A

F21S2/00 481

F21V5/04 350

F21V5/04 400

F21S2/00 330

F21S2/00 311

F21Y115:30

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022129435

(22)【出願日】2022-08-15

(71)【出願人】

【識別番号】504097823

【氏名又は名称】ＳＣＩＶＡＸ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100131657

【弁理士】

【氏名又は名称】奥田 律次

(72)【発明者】

【氏名】縄田 晃史

(72)【発明者】

【氏名】田中 覚

【テーマコード（参考）】

3K244

【Ｆターム（参考）】

3K244AA07

3K244BA08

3K244BA19

3K244BA48

3K244CA02

3K244DA02

3K244DA27

3K244GA01

3K244GB03

3K244GB14

(57)【要約】

【課題】 スペックルむらのない光を照射することができる光学系装置を提供すること。
【解決手段】 波長λの光を透過するレンズが周期的に配列された光学素子と、波長λの光をレンズの複数に照射する光源が周期的に配列された照射部と、を具備し、レンズのｘ方向のピッチをＰｘ、ｘ方向と直行するｙ方向のピッチをＰｙとし、光源のｈ方向のピッチをｘ方向と合わせてレンズに対する光源の位置を一つのレンズに集約した場合の見かけの光源のｘ方向のピッチをＱｘ、ｙ方向のピッチをＱｙとし、ｊおよびｋを２以上の自然数とすると、下記式１および式２
Ｐｘ＝ｊＱｘ・・・式１
Ｐｙ＝ｋＱｙ・・・式２
を満たす光学系装置。
【選択図】 図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

波長λの光を透過するレンズが周期的に配列された光学素子と、
波長λの光を前記レンズの複数に照射する光源が周期的に配列された照射部と、
を具備し、
前記レンズのｘ方向のピッチをＰｘ、ｘ方向と直行するｙ方向のピッチをＰｙとし、前記光源のｈ方向のピッチをｘ方向と合わせて前記レンズに対する前記光源の位置を一つのレンズに集約した場合の見かけの光源のｘ方向のピッチをＱｘ、ｙ方向のピッチをＱｙとし、ｊおよびｋを４以上の自然数とすると、下記式１および式２
Ｐｘ＝ｊＱｘ・・・式１
Ｐｙ＝ｋＱｙ・・・式２
を満たすことを特徴とする光学系装置。

【請求項2】

前記レンズの焦点距離をｆ、ｎを１以上の自然数とすると、ピッチＰｘについて、前記照射部と前記レンズの焦点位置との距離Ｌが、下記式α１

【数1】

を満たさないことを特徴とする請求項１記載の光学系装置。

【請求項3】

前記照射部と前記レンズの焦点位置との距離Ｌが、下記式α２

【数2】

を満たさないことを特徴とする請求項２記載の光学系装置。

【請求項4】

前記照射部と前記レンズの焦点位置との距離Ｌが、下記式α３

【数3】

を満たさないことを特徴とする請求項３記載の光学系装置。

【請求項5】

前記ｘ方向と前記ｈ方向の角度差が１度以上であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光学系装置。

【請求項6】

前記ｊ、ｋは５以上であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光学系装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学系装置および光学素子製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

タイムオブフライト（ＴＯＦ）法を用いた３次元計測センサが携帯機器、車、ロボット等に採用されようとしている。これは、光源から対象物に照射された光が反射され戻って来るまでの時間から対象物の距離を計測するものである。光源からの光が対象物の所定の領域に均一に照射されていれば、照射されている各点における距離を測定でき対象物の立体構造が検知できることになる。

【0003】

このためのセンサーシステムは、対象物に光を照射する光照射部と対象物の各点から反射してきた光を検知するカメラ部及びカメラが受光した信号から対象物の距離を算出する演算部からなる。

【0004】

カメラ部と演算部は既存のＣＭＯＳイメージャとＣＰＵを使用できるため、上記システムの独自の部分は光源と光学素子からなる光照射部となる。特にレーザ等の光を透過させることでビームを整形し、対象物に対して制御された領域での均一な照射を行うディフューザ（光学素子）は、上記システムの特徴的な部品となる。

【0005】

ここで、従来のディフューザは、マイクロレンズアレイが周期構造であるために、回折の影響で光強度のむらが生じるという問題があった。そこで、このむらを抑制するために、各レンズをランダムに配置する等の工夫が行われている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特表２００６－５００６２１

【特許文献2】国際公開第２０１７／１３１５８５

【非特許文献1】H. Hamam, Lau Array Illuminator, Applied Optics, 43(14):2888-2894, May 10, 2004.

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、各レンズをランダムに配置するディフューザの場合、スペックルむらが生じるという問題があった。当該スペックルの発生は、コヒーレント光にランダム構造が関与する事で生じる光の干渉に起因している。したがって、各レンズをランダムに配置する方式のディフューザの場合、干渉縞を無くして均一性を上げることは可能であっても、スペックルをなくす事は原理的に不可能であるという問題があった。

【0008】

そこで本発明は、スペックルむらのない光を照射することができる光学系装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するために、本発明の光学系装置は、波長λの光を透過するレンズが周期的に配列された光学素子と、波長λの光を前記レンズの複数に照射する光源が周期的に配列された照射部と、を具備し、前記レンズのｘ方向のピッチをＰｘ、ｘ方向と直行するｙ方向のピッチをＰｙとし、前記光源のｈ方向のピッチをｘ方向と合わせて前記レンズに対する前記光源の位置を一つのレンズに集約した場合の見かけの光源のｘ方向のピッチをＱｘ、ｙ方向のピッチをＱｙとし、ｊおよびｋを４以上の自然数とすると、下記式１および式２
Ｐｘ＝ｊＱｘ・・・式１
Ｐｙ＝ｋＱｙ・・・式２
を満たすことを特徴とする。

【0010】

この場合、前記レンズの焦点距離をｆ、ｎを１以上の自然数とすると、ピッチＰｘについて、前記照射部と前記レンズの焦点位置との距離Ｌが、下記式α

【数1】

を満たさない方が好ましい。

【0011】

また、前記照射部と前記レンズの焦点位置との距離Ｌが、下記式α２

【数2】

を満たさない方が好ましい。

【0012】

また、前記照射部と前記レンズの焦点位置との距離Ｌが、下記式α３

【数3】

を満たさない方が好ましい。

【0013】

また、前記ｘ方向と前記ｈ方向の角度差が１度以上である方が好ましい。

【0014】

また、前記ｊ、ｋは５以上である方が好ましい。

【発明の効果】

【0015】

本発明の光学系装置は、スペックルのない光を照射することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の光学系装置を示す概略断面図である。

【図2】本発明に係る光学素子を示す概略平面図である。

【図3】従来の光学系装置を用いた光の投影図である。

【図4】シミュレーションに用いた光源の遠方界における配光分布を示す図である。

【図5】シミュレーション１に用いた照射部の遠方界における配光分布を示す図である。

【図6】シミュレーション１に用いた照射部の遠方界における総和の配光分布を示す図である。

【図7】本発明のレンズに対する光源の（ａ）実際の位置と（ｂ）見かけ上の位置を示す図である。

【図8】シミュレーション２に用いた照射部の遠方界における配光分布を示す図である。

【図9】シミュレーション２に用いた照射部の遠方界における総和の配光分布を示す図である。

【図10】シミュレーション３における距離Ｌと配光分布の光強度の最大値との関係を示す図である。

【図11】本発明の（ａ）実施例１と（ｂ）比較例における投影図を示す図である。

【図12】本発明の実施例２における角度差ごとの投影図を示す図である。

【図13】本発明の実施例３における角度差ごとの投影図を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下に、本発明の光学系装置について説明する。本発明の光学系装置は、図１に示すように、波長λの光を透過するレンズ11が周期的に配列された光学素子１と、波長λの光をレンズ11の複数に照射する光源20が周期的に配列された照射部２と、で主に構成される。

【0018】

光学素子１は、波長λの光を透過するレンズ11が周期的に配列されたものである。ここでレンズ11とは、レンズ11から所定の距離ｆ（ｆ＞０）離れた位置に焦点を有するものである。

【0019】

レンズ11の形状は、ディフューザとして照射したい光の領域（以下、照射領域という）に合わせて自由に設計することができる。たとえば、照射領域を円状にしたい場合には、レンズ11の形状を球面レンズにすればよい。また、照射領域を非円形にしたい場合には、レンズ11の形状を非球面レンズにして適宜調節すればよい。具体的なレンズ形状としては、例えば、凸レンズや凹レンズの他、断面によって凸レンズや凹レンズに見えるサドル型のレンズなどがある。

【0020】

また、周期配列には、図２（ａ）に示すような平面視で正方形や長方形のレンズ11を正方配列にするものや、図２（ｂ）に示すような平面視で六角形のレンズ11を六方配列にするものなどが該当する。また、レンズ11は、レンズとして機能すればどのようなものでもよく、例えば、フレネルレンズやＤＯＥレンズ、メタレンズ等を用いることもできる。また、レンズ11には、照射部からの光が反射するのを防止する反射防止膜が形成されている方が好ましい。また、レンズの数は、後述する照射部２の照射範囲に入る範囲で、可能な限り多い方が好ましい。

【0021】

照射部２は、波長λの光を照射する互いに位相が独立した複数の光源が周期的に配列されるものである。照射領域を二次元状とする場合には、光源も二次元的に周期配列されたものとすればよい。照射部を複数光源で構成する場合には、当該光源は、光学素子１との距離にむらが生じるのを防ぐため、同一平面上に形成される方が好ましい。照射部２の光源の数は多い方が好ましく、少なくとも200以上、好ましくは400以上、更に好ましくは600以上である方がよい。照射部２の具体例としては、例えば、少ない電力で高出力が見込めるＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER）を挙げることができる。ＶＣＳＥＬは、発光面に垂直な方向に光を照射することができる光源20を複数有するものである。また、光源以外の部分に光吸収膜が形成されている方が反射光によるノイズが入らないため好ましい。

【0022】

光学素子１と照射部２は、照射部２の光源の光軸方向と光学素子１のレンズ11の光軸方向が一致するように配置される。

【0023】

ここで、ｎを１以上の自然数とし、レンズ11の最も小さいピッチの大きさをＰｘとすると、レンズ11の焦点位置と照射部２の距離Ｌが、下記式β１

【数4】

を満たすと光を大きく強め合い、図３（ａ）に示すように、スポット状の光を照射することができる。一方、レンズ11の焦点位置と照射部２の距離Ｌが式β１を満たさない場合には、光を強め合う効果が小さくなり、図３（ｂ）に示すように、スポットが広がったような光を照射することになる。いずれの場合においても、光学素子１はレンズ11を周期的に配列したものでありランダム性はないため、スペックルは発生しない。しかしながら、このままでは照射された光はスポット状になるため、ディフューザとして使用することはできない。

【0024】

ここで投影されたスポット状の光は、レンズ11に対する光源の大きさや位置と密接に関連している。例えば、光のスポットサイズは、光源のサイズが小さいと小さくなり、大きいと大きくなる。また、上記距離Ｌは変えずに光学素子１に対する光源20の位置を平行移動すると、呼応して当該スポット状の光も移動する。

【0025】

もし、互いに位相が独立した光源20を隙間なく配置することができれば、上記光学系装置はスペックルのないディフューザとして機能する。実際には光源20を隙間なく配置することは不可能であるが、光源の周期とレンズ11の周期を調整して、光学素子１に対する光源20の見かけ上の位置を平行移動すれば、光源を隙間なく配置したものと同一視することができる。このことについてシミュレーションをした。

【0026】

［シミュレーション１］
光学素子１は、図１に示すように、複数のレンズ11をピッチＰｘが１０μｍ（Ｐｘ＝１０）となるように周期配列したものを用いた。また、レンズ11としては、直径が１０μｍ、屈折率が１．５、焦点距離ｆが２０μｍ（ｆ＝２０）であるものを用いた。照射部２は、波長が９４０ｎｍ（λ＝０．９４）で、図４に示すようなガウシアン配光である光を照射する単光源とした。レンズ11の焦点位置と照射部２の距離Ｌは１０６μｍ（式β１のｎ＝２）とした。照射部２の位置を平行移動した場合の遠方界の配光分布を図５に示す。なお、このシミュレーションは、計算を簡単にするために図１における奥行き方向（ｙ方向）を考慮しない２Ｄの計算結果である。シミュレーションには、光学シミュレーションソフトBeamPROP（Synopsys社製）を用いた。

【0027】

光学素子１に対する照射部２の光源20の位置を平行移動すると、呼応して当該スポット状の光も移動する。図５（ａ）は、光源20の位置が１点のみ（０μｍ）、図５（ｂ）は４点（－５μｍ、－２μｍ、１μｍ、４μｍ）、図５（ｃ）は５点（－４μｍ、－２μｍ、０μｍ、２μｍ、４μｍ）、図５（ｄ）は１０点（－５μｍ、－４μｍ、－３μｍ、－２μｍ、－１μｍ、０μｍ、１μｍ、２μｍ、３μｍ、４μｍ）の場合の遠方界における配光分布を重ねたものである。図５に示すように、照射位置が増えるほど、光が重なり、光の当たらない部分が埋まることがわかる。

【0028】

また、図６は、図５のグラフに基づき、各位置に光源が配置されている場合の遠方界の配光分布である。なお、光源が１点、４点、５点、１０点の場合のいずれも、照射部２の光の出力の総和は同一であるとした。図５に示すように、光源の位置が増えるほど光の当たる部分が重なるため、図６に示すように、光強度のむらは小さくなる。したがって、光源20の周期とレンズ11の周期を調整して、各レンズ11に照射される光源20の見かけ上の位置を規則配列に近づけることができれば、スペックルのないディフューザとして機能する光学系装置を提供することができる。ここで、各レンズ11に照射される光源20の見かけ上の位置とは、各レンズ11側から垂直に見た光源20の位置を一つのレンズに集約した場合の位置を意味する。例えば図７（ａ）は、横と縦の比が１：√３である長方形のレンズ11を正方配列した光学素子１と、複数の光源20をピッチQ（Ｐ：Ｑ＝３：５）で六方配列にした照射部２を光学素子１側から平面視した図である。この場合、図７（ａ）のグレーの領域で示すように、レンズ11に対する光源20の位置は、２５種類になる。これらをすべて１つのレンズ11に集約すると、レンズ11に照射される光源20の見かけ上の位置20ａは、図７（ｂ）のようになる。

【0029】

レンズのｘ方向のピッチをＰｘ、ｘ方向と直行するｙ方向のピッチをＰｙとし、光源20のｈ方向のピッチをｘ方向と合わせてレンズ11に対する光源20の位置を一つのレンズに集約した場合の見かけの光源のｘ方向のピッチをＱｘ、ｙ方向のピッチをＱｙとし、ｊおよびｋを２以上の自然数とすると、下記式１および式２を満たせば、レンズ11に照射される光源20の見かけ上の位置を規則配列にすることができる。
Ｐｘ＝ｊＱｘ・・・式１
Ｐｙ＝ｋＱｙ・・・式２

【0030】

ここで、シュミュレーション１で示したように、照射位置が増えるほど、光が重なり、光強度のむらを小さくすることができることから、式（１）、式（２）のｋ、ｊは大きいほど配光分布を滑らかにすることができる。具体的には、ｋ、ｊは４以上、好ましくは５以上、より好ましくは１０以上、更に好ましくは２０以上である方がよい。また、ｋ、ｊは、見かけの光源が一つのレンズに隙間なく並ぶ方が好ましい。したがって、光源サイズは大きい方が好ましい。

【0031】

なお、照射部２の光源が六方配列の場合、レンズ11の平面視における形状は、ａおよびｂを自然数とすると、縦と横の比がａ：√３ｂの長方形である方が好ましい。特にレンズ11の縦と横の比が２：√３であると光強度のむらを小さくすることができる点で好ましい。また、照射部２の光源が正方配列の場合、レンズ11の平面視における形状は、ａおよびｂを自然数とすると、縦と横の比がａ：ｂの長方形である方が好ましい。

【0032】

シミュレーション１では、レンズ11の焦点位置と照射部２の距離Ｌが式β１を満たす場合について説明した。一方、レンズ11の焦点位置と照射部２の距離Ｌが式β１を満たさない場合には、スポットの半値幅が広がるため、図３（ｂ）に示すように、スポットが広がったような光を照射することになる。したがって、レンズ11の焦点位置と照射部２の距離Ｌが式β１を満たさないようにすれば、より光強度のむらは小さくなる。また、より好ましくは、式β１を満たす距離Ｌから焦点距離ｆだけ前後に離す方が好ましい。具体的には、距離Ｌは下記式α１

【数5】

を満たさない方が好ましい。このことについてシミュレーションをした。

【0033】

［シミュレーション２］
光学素子１は、図１に示すように、複数のレンズ11をピッチＰｘが１０μｍ（Ｐｘ＝１０）となるように周期配列したものを用いた。また、レンズ11としては、直径が１０μｍ、屈折率が１．５、焦点距離ｆが２０μｍ（ｆ＝２０）であるものを用いた。照射部２は、波長が９４０ｎｍ（λ＝０．９４）で、図４に示すようなガウシアン配光である光を照射する単光源とした。レンズ11の焦点位置と照射部２の距離Ｌは８０μｍ（式αのｎ＝２を満たす）とした。照射部２の位置を平行移動した場合の遠方界の配光分布を図８に示す。なお、このシミュレーションは、計算を簡単にするために図１における奥行き方向（ｙ方向）を考慮しない２Ｄの計算結果である。シミュレーションには、光学シミュレーションソフトBeamPROP（Synopsys社製）を用いた。

【0034】

光学素子１に対する照射部２の光源20の位置を平行移動すると、呼応して当該スポット状の光も移動する。図８（ａ）は、光源20の位置が１点のみ（０μｍ）、図８（ｂ）は４点（－５μｍ、－２μｍ、１μｍ、４μｍ）、図８（ｃ）は５点（－４μｍ、－２μｍ、０μｍ、２μｍ、４μｍ）、図８（ｄ）は１０点（－５μｍ、－４μｍ、－３μｍ、－２μｍ、－１μｍ、０μｍ、１μｍ、２μｍ、３μｍ、４μｍ）の場合の配光分布を重ねたものである。図８に示すように、照射位置が増えるほど、光が重なり、光の当たらない部分が埋まることがわかる。

【0035】

また、図９は、図８のグラフに基づき、各位置に光源が配置されている場合の遠方界の配光分布である。なお、光源が１点、４点、５点、１０点の場合のいずれも、照射部２の光の出力の総和は同一であるとした。図８に示すように、光源の位置が増えるほど光の当たる部分が重なるため、図９に示すように、光強度のむらは小さくなる。また、シミュレーション１の場合よりも光強度のむらは小さくなっていることがわかる。

【0036】

ここで、シュミュレーション２で示したように、照射位置が増えるほど、光が重なり、光強度のむらを小さくすることができることから、式（１）、式（２）のｋ、ｊは大きいほど配光分布を滑らかにすることができる。具体的には、ｋ、ｊは４以上、好ましくは５以上、より好ましくは１０以上、更に好ましくは２０以上である方がよい。また、ｋ、ｊは、見かけの光源が一つのレンズに隙間なく並ぶ方が好ましい。したがって、光源サイズは大きい方が好ましい。

【0037】

［シミュレーション３］
光学素子１は、図１に示すように、複数のレンズ11をピッチＰｘが２７μｍ（Ｐｘ＝２７）となるように周期配列したものを用いた。また、レンズ11としては、直径が２７μｍ、屈折率が１．５、焦点距離ｆが１２μｍ（ｆ＝１２）であるものを用いた。照射部２は、波長が９４０ｎｍ（λ＝０．９４）で、図４に示すようなガウシアン配光である光を照射する単光源とした。レンズ11の焦点位置と照射部２の距離Ｌを０～１０００μｍまで１０μｍずつ変化させた場合の遠方界の配光分布をシミュレーションした。この場合の距離Ｌと配光分布の光強度の最大値との関係を図１０に示す。なお、このシミュレーションは、計算を簡単にするために図１における奥行き方向（ｙ方向）を考慮しない２Ｄの計算結果である。シミュレーションには、光学シミュレーションソフトBeamPROP（Synopsys社製）を用いた。

【0038】

図１０から、距離Ｌが式β１を満たす値（３８８μｍ、７７６μｍ）に近いとスポット部分の光強度が大きくなり光強度のむらが大きくなることがわかる。

【数6】

【0039】

また、図１０から、レンズ11の焦点位置と照射部２の距離Ｌが、下記式β２

【数7】

を満たす値（１９４μｍ、３８８μｍ、５８２μｍ、７７６μｍ、９６９μｍ）に近い場合も光を強め合うことがわかった。したがって、距離Ｌは、式β２を満たす値から１０波長程度前後に離す方が好ましい。具体的には、レンズ11の焦点位置と照射部２の距離Ｌが、下記式α２

【数8】

を満たさない方が好ましい。

【0040】

また、図１０から、レンズ11の焦点位置と照射部２の距離Ｌが、下記式β３

【数9】

を満たす値（１２９μｍ、２５９μｍ、３８８μｍ、５１７μｍ、６４６μｍ、７７６μｍ、９０５μｍ）に近い場合も光を強め合うことがわかった。したがって、距離Ｌは、式β３を満たす値から１０波長程度前後に離す方が好ましい。具体的には、レンズ11の焦点位置と照射部２の距離Ｌが、下記式α３

【数10】

を満たさない方が好ましい。

【0041】

次に、各レンズを周期的に配置した本発明の光学素子と各レンズをランダムに配置した従来の光学素子の投影像を比較した。

【0042】

［実施例１］
照射部１としては、波長が９４０ｎｍ（λ＝０．９４）でバットウィング配光である光を照射する光源が４５μｍピッチで六方配列されたＶＣＳＥＬを用いた。光学素子２は、複数のレンズ21をピッチＰｘが２７μｍ（Ｐｘ＝２７）、ピッチＰｙが４６．７６μｍ（Ｐｙ＝４６．７６）で長方形配列にしたもので、屈折率は、１．５３のものを用いた。また、レンズ21の形状は、平面視でｘ方向の辺が２７μｍ、ｙ方向の辺が４６．７６μｍの長方形で、高さが１７．９μｍのものとした。また、レンズ表面は、ｘ軸方向とｙ軸方向で曲率が異なる非球面とした。また、レンズ21の焦点距離ｆは、４０μｍであるものを用いた。また、照射部１と光学素子２の焦点位置９との距離を４２４μｍとした。照射部１から光学素子２に光を照射し、光学素子から５０ｃｍ離れたスクリーンに投影した照射領域の投影像を図１１（ａ）に示す。

【0043】

［比較例１］
照射部としては、実施例１と同じＶＣＳＥＬを用いた。光学素子２は、複数のレンズをランダムに配列にした市販品光学素子を用いた。照射部１から光学素子２に光を照射し、光学素子から５０ｃｍ離れたスクリーンに投影した投影像を図１１（ｂ）に示す。

【0044】

図１１（ｂ）に示すように、レンズをランダムに配置したものでは、スペックルが観察された。一方、図１１（ａ）に示すように、各レンズを周期的に配置した光学素子を用いた場合には、スペックルのない均一な光を投影することができた。

【0045】

次に、レンズ11のピッチ方向（ｘ方向）と光源20のピッチ方向（ｈ方向）の角度差の違いによる投影像を比較した。

【0046】

［実施例２］
照射部１としては、波長が９４０ｎｍ（λ＝０．９４）でバットウィング配光である光を照射する光源が４５μｍピッチで六方配列されたＶＣＳＥＬを用いた。光学素子２は、複数のレンズ21をピッチＰｘが２７μｍ（Ｐｘ＝２７）、ピッチＰｙが４６．７６μｍ（Ｐｙ＝４６．７６）で長方形配列にしたもので、屈折率は、１．５３のものを用いた。また、レンズ21の形状は、平面視でｘ方向の辺が２７μｍ、ｙ方向の辺が４６．７６μｍの長方形で、高さが１７．９μｍのものとした。また、レンズ表面は、ｘ軸方向とｙ軸方向で曲率が異なる非球面とした。また、レンズ21の焦点距離ｆは、４０μｍであるものを用いた。また、照射部１と光学素子２の焦点位置９との距離Ｌは、上述した式α１、α２、α３のいずれも満たさない２１２２μｍとした。また、レンズ11のピッチ方向（ｘ方向）と光源20のピッチ方向（ｈ方向）の角度差は、０～２．４度まで０．４８度ずつ回転させた。照射部１から光学素子２に光を照射し、光学素子から５０ｃｍ離れたスクリーンに投影した照射領域の投影像を図１２（ａ）～（ｆ）に示す。

【0047】

［実施例３］
照射部１としては、波長が９４０ｎｍ（λ＝０．９４）でバットウィング配光である光を照射する光源が４５μｍピッチで六方配列されたＶＣＳＥＬを用いた。光学素子２は、複数のレンズ21をピッチＰｘが２７μｍ（Ｐｘ＝２７）、ピッチＰｙが４６．７６μｍ（Ｐｙ＝４６．７６）で長方形配列にしたもので、屈折率は、１．５３のものを用いた。また、レンズ21の形状は、平面視でｘ方向の辺が２７μｍ、ｙ方向の辺が４６．７６μｍの長方形で、高さが１７．９μｍのものとした。また、レンズ表面は、ｘ軸方向とｙ軸方向で曲率が異なる非球面とした。また、レンズ21の焦点距離ｆは、４０μｍであるものを用いた。また、照射部１と光学素子２の焦点位置９との距離Ｌは、上述した式β１を満たす１１６３μｍとした。また、レンズ11のピッチ方向（ｘ方向）と光源20のピッチ方向（ｈ方向）の角度差は、０～２．４度まで０．４８度ずつ回転させた。照射部１から光学素子２に光を照射し、光学素子から５０ｃｍ離れたスクリーンに投影した照射領域の投影像を図１３（ａ）～（ｆ）に示す。

【0048】

図１２、図１３に示すように、レンズ11のピッチ方向（ｘ方向）と光源20のピッチ方向（ｈ方向）に角度差があると、よりスペックルの少ない光を投影することができる。また、図１３に示すように、照射部１と光学素子２の焦点位置９との距離Ｌが、上述した式β１、β２、β３を満たす場合でも、角度差が１度以上、好ましくは１．５度以上になると、よりスペックルのない均一な光を投影することができる。

【符号の説明】

【0049】

１ 照射部
２ 光学素子
11 レンズ
20 光源
20ａ 光源の見かけ上の位置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】