CN109791232A - 扩散板及投射式图像显示装置 - Google Patents

扩散板及投射式图像显示装置 Download PDF

Info

Publication number
CN109791232A
CN109791232A CN201780061015.0A CN201780061015A CN109791232A CN 109791232 A CN109791232 A CN 109791232A CN 201780061015 A CN201780061015 A CN 201780061015A CN 109791232 A CN109791232 A CN 109791232A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
optical axis
projection
diffuser plate
angle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201780061015.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109791232B (zh
Inventor
内田厚
唐井贤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kuraray Co Ltd
Original Assignee
Kuraray Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kuraray Co Ltd filed Critical Kuraray Co Ltd
Publication of CN109791232A publication Critical patent/CN109791232A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109791232B publication Critical patent/CN109791232B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements
    • G02B5/0268—Diffusing elements; Afocal elements characterized by the fabrication or manufacturing method
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements
    • G02B5/0205—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties
    • G02B5/021—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties the diffusion taking place at the element's surface, e.g. by means of surface roughening or microprismatic structures
    • G02B5/0221—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties the diffusion taking place at the element's surface, e.g. by means of surface roughening or microprismatic structures the surface having an irregular structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K35/00—Instruments specially adapted for vehicles; Arrangement of instruments in or on vehicles
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements
    • G02B5/0273—Diffusing elements; Afocal elements characterized by the use
    • G02B5/0278—Diffusing elements; Afocal elements characterized by the use used in transmission
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements
    • G02B5/0273—Diffusing elements; Afocal elements characterized by the use
    • G02B5/0284—Diffusing elements; Afocal elements characterized by the use used in reflection
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/54—Accessories
    • G03B21/56—Projection screens
    • G03B21/60—Projection screens characterised by the nature of the surface
    • G03B21/62—Translucent screens
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0145—Head-up displays characterised by optical features creating an intermediate image
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
    • G02B3/0043—Inhomogeneous or irregular arrays, e.g. varying shape, size, height
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/54—Accessories
    • G03B21/56—Projection screens
    • G03B21/60—Projection screens characterised by the nature of the surface
    • G03B21/62—Translucent screens
    • G03B21/625—Lenticular translucent screens

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Overhead Projectors And Projection Screens (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)

Abstract

本发明提供一种从微透镜射出的出射光的亮度在扩散范围内均匀的扩散板。扩散板(10)具备：投射侧主面(1a)；出射侧主面(1b)；及具备多个具有微透镜状的形状的微透镜形状部的微细结构体。投射光(L1)的数值孔径NA超过0且为0.140以下。微透镜形状部处的投射光(L1)的光轴(A1)与投射侧主面(1a)的法线(A0)交叉而成的入射角度θi处于0度～50度的范围内。微透镜形状部的多个中的至少一个以出射光(L2)的光轴(A1)与投射侧主面(1a)的法线(A0)交叉而成的出射角度θo使出射光射出。出射角度θo与入射角度θi不同。出射光(L1)在所希望的扩散角度的范围(Rd1)内具有实质上均匀的亮度。

Description

扩散板及投射式图像显示装置
技术领域
本发明涉及扩散板及投射式图像显示装置。
背景技术
作为平视显示器或激光投射器等的屏幕，使用利用了微透镜阵列的扩散板。在使用微透镜阵列的情况下，与使用半透明板或磨玻璃等扩散板的情况相比，具有能够抑制激光的斑点噪声的优点。
专利文献1记载了一种具有扩散板的图像形成装置，该扩散板使用了以激光为光源并将由多个像素的排列形成的影像投影的激光投射器、排列有多个微透镜的微透镜阵列。在使用了微透镜阵列的情况下，能够使入射的光适当地扩散，并能够自由地设计所需的扩散角。
专利文献2公开了一种将具有垂直的侧面的活塞形状(加高部)设置于微透镜的扩散板。而且，该文献公开了一种按照概率密度函数而随机分布的扩散板，该概率密度函数预先确定有定义包含微透镜的微细结构的形状或位置的参数的至少一个。此外，该文献公开了在这样的扩散板中，通过使各个微细结构旋转而对光束进行准直的情况。各个微透镜具有与屏幕整体的光轴不平行的光轴。从微透镜射出的光束的光轴相对于向微透镜入射的光束的光轴倾斜，不平行。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-145745号公报
专利文献2：日本特表2004-505306号公报
发明内容
发明要解决的课题
本申请的发明者等发现了以下的课题。
要求出射光的光轴相对于入射光的光轴倾斜，该出射光在规定的扩散范围内扩散，且其亮度均匀。而且，即使在入射光相对于扩散板倾斜入射的情况下，也要求其亮度均匀。此外，希望具备射出该要求的出射光的微透镜的扩散板。
专利文献2公开的扩散板从各个微透镜分别射出具有相对于入射光的光轴倾斜的光轴的出射光。然而，存在出射光的扩散分布偏颇或扩散光的投影形状歪斜等而其亮度不均匀的情况。即使在入射光相对于扩散板倾斜入射的情况下，其亮度有时也不均匀。
本发明提供一种出射光的亮度在扩散范围内均匀的扩散板。
用于解决课题的方案
本发明的扩散板在投射光学系统中使用，其中，具备：
投射侧主面(例如，主面1a)，供投射光投射；
出射侧主面(例如，主面1b)，使出射光射出；及
微细结构体，使所述投射侧主面及所述出射侧主面中的至少一方具有透镜功能，
所述投射光的数值孔径NA超过0且为0.140以下，
所述微细结构体具备多个具有微透镜状的形状的微透镜形状部，
所述微透镜形状部处的所述投射光的光轴与所述投射侧主面的法线交叉而成的入射角度θi处于0度～50度的范围内，
所述微透镜形状部的多个中的至少一个以所述微透镜形状部处的所述出射光的光轴与所述投射侧主面的法线交叉而成的出射角度θo使所述出射光射出，
出射角度θo与所述入射角度θi不同，
所述出射光在所希望的扩散角度的范围内具有实质上均匀的亮度，
所述微透镜形状部的与微透镜基准面实质上垂直的截面中的所述微透镜形状部的截面形状绕所述投射光的光轴具有非对称的截面形状。
另外，本发明的扩散板在投射光学系统中使用，其中，具备：
投射侧主面，供投射光投射；
出射侧主面，使出射光射出；及
微细结构体，使所述投射侧主面及所述出射侧主面中的至少一方具有透镜功能，
所述投射光的数值孔径NA超过0且为0.140以下，
所述微细结构体具备多个具有微透镜状的形状的微透镜形状部，
所述微透镜形状部处的所述投射光的光轴与所述投射侧主面的法线交叉而成的入射角度θi超过0度且为50度以下，
所述微透镜形状部的多个中的至少一个以所述微透镜形状部处的所述出射光的光轴与所述投射侧主面的法线交叉而成的出射角度θo使所述出射光射出，
所述出射角度θo与所述入射角度θi相同，
所述出射光在所希望的扩散角度的范围内具有实质上均匀的亮度，
所述微透镜形状部的与微透镜基准面实质上垂直的截面中的所述微透镜形状部的截面形状绕所述投射光的光轴具有非对称的截面形状。
另外，也可以是，其特征在于，在相对于扩散角度的测定亮度分布中，将相当于所述出射光的光轴的位置的扩散角度设为光轴扩散角度θa时，从所述扩散角度的规定范围的最小角度θmin至所述光轴扩散角度θa的测定亮度的累计值To为扩散角度的整个范围内的测定亮度的累计值Ta的50％，所述投射光的光轴与所述出射光的光轴交叉而成的角度之差的绝对值在0～40度以内变化，规定的扩散角度θs下的亮度Ls、所述规定的扩散角度θb下的亮度Lb都相当于所述出射光的光轴下的光轴亮度Lo的70％，所述规定的扩散角度θs比所述光轴扩散角度θa小，所述规定的扩散角度θb比所述光轴扩散角度θa大时，从自所述扩散角度θs至所述光轴扩散角度θa的各亮度减去Lo*0.7而得到的亮度的累计值Ts与从所述光轴扩散角度θa至所述规定的扩散角度θb的亮度的累计值Tb之比即均匀性评价指标Ts/Tb满足D<Ts/Tb<1/D，均匀性评价指标Ts/Tb的容许范围的下限值D满足D＝0.63*exp(0.45*((90-(θs+θb))/90)^2)。
另外，也可以是，其特征在于，所述微透镜形状部的底面形状为长方形，所述微透镜形状部周期性地排列成格子状。
另外，也可以是，其特征在于，所述微透镜形状部的从最深部至最顶部的高度H1[μm]满足0<H1≤75。
另一方面，本发明的投射式图像显示装置具备：上述的扩散板；及向所述扩散板投射所述投射光的投射装置。
另一方面，本发明的扩散板的设计方法设计扩散板的光扩散图案，所述扩散板具备供投射光投射的投射侧主面和使出射光射出的出射侧主面，所述扩散板的设计方法包括：
基准微透镜设计工序，以在假定了垂直地使光投射到所述扩散板的所述投射侧主面时具有所希望的光扩散特性的方式，准备基准微透镜；及
倾斜对应透镜设计工序，用于基于所述扩散板的所述投射侧主面的各位置处的所述投射光的光轴的倾斜、所述扩散板的所述投射侧主面的各位置处的所述投射光的光轴的倾斜、所述出射光的配光特性，使所述基准微透镜的形状对应于所述投射光的光轴的倾斜和所述出射光的光轴的倾斜，
在所述倾斜对应透镜设计工序中，
透镜设计参数包含使透镜的中心位置偏离的中心位置偏离量。
另外，也可以是，其特征在于，在所述倾斜对应透镜设计工序中，所述透镜设计参数还包含透镜的倾斜量。
另外，也可以是，其特征在于，在所述倾斜对应透镜设计工序中，所述透镜设计参数还包含使透镜的曲率半径扩大或缩小的透镜曲率半径的变化量。
另外，也可以是，其特征在于，在所述倾斜对应透镜设计工序中，所述透镜设计参数还包含以三次函数或类似于三次函数的函数来调整透镜形状的调整量。
另外，也可以是，其特征在于，所述基准微透镜具有如下透镜形状：在包含所述投射侧主面或所述出射侧主面的法线方向且不同的两个截面中，分别控制两个截面形状，对于所述基准微透镜的所述两个截面形状进行透镜设计。
另外，也可以是，其特征在于，所述基准微透镜具有环形形状或具有双锥面。
然而，本发明的扩散板具备：
主面，供投射光投射并反射出反射光；及
微细结构体，使所述主面具有反射镜功能，
所述投射光的数值孔径NA超过0且为0.140以下，
所述微细结构体具备多个具有微透镜状的形状的微透镜形状反射镜部，
所述微透镜形状反射镜部处的所述投射光的光轴与所述主面的法线交叉而成的入射角度θi处于0度～50度的范围内，
所述微透镜形状反射镜部的多个中的至少一个以所述微透镜形状反射镜部处的所述反射光的光轴与所述主面的法线交叉而成的反射角度反射出所述反射光，
所述反射光与所述入射角度θi不同，
所述反射光在所希望的扩散角度的范围内具有实质上均匀的亮度，
所述微透镜形状反射镜部的与微透镜基准面实质上垂直的截面中的所述微透镜形状反射镜部的截面形状绕所述投射光的光轴具有非对称的截面形状。
然而，本发明的扩散板具备：
主面，供投射光投射并反射出反射光；及
微细结构体，使所述主面具有反射镜功能，
所述投射光的数值孔径NA超过0且为0.140以下，
所述微细结构体具备多个具有微透镜状的形状的微透镜形状反射镜部，
所述微透镜形状反射镜部处的所述投射光的光轴与所述主面的法线交叉而成的入射角度θi超过0度且为50度以下，
所述微透镜形状反射镜部的多个中的至少一个以所述微透镜形状反射镜部处的所述反射光的光轴与所述主面的法线交叉而成的反射角度反射出所述反射光，
所述反射光与所述入射角度θi相同，
所述反射光在所希望的扩散角度的范围内具有实质上均匀的亮度，
所述微透镜形状反射镜部的与微透镜基准面实质上垂直的截面中的所述微透镜形状反射镜部的截面形状绕所述投射光的光轴具有非对称的截面形状。
发明效果
根据本发明，能够提供一种出射光的亮度在扩散范围内均匀的扩散板。
附图说明
图1是表示实施方式1的扩散板的结构的示意俯视图。
图2是表示实施方式1的投射式图像装置的示意图。
图3是表示从实施方式1的扩散板的一具体例射出的出射光的相对于扩散角度的亮度的坐标图。
图4是表示实施方式1的扩散板的制造方法的流程图。
图5是表示实施方式1的微透镜阵列的设计工序的流程图。
图6是用于说明出射光的扩散特性的均匀性的评价方法的图。
图7是用于说明垂直方向的入射角度的定义的图。
图8是用于说明水平方向的入射角度的定义的图。
图9A是表示实施方式1的扩散板的微透镜的基准微透镜的图。
图9B是表示实施方式1的扩散板的微透镜的图。
图10是表示扩散板的微透镜的各位置的透镜面高度的坐标图。
图11是表示扩散板的微透镜的各位置的透镜面高度的坐标图。
图12是表示出射光的相对于扩散角度的亮度的坐标图。
图13是表示扩散板的微透镜的各位置的透镜面高度的坐标图。
图14是表示出射光的相对于扩散角度的亮度的坐标图。
图15是表示出射光的相对于扩散角度的亮度的坐标图。
图16是表示从扩散板射出的出射光的相对于扩散角度的亮度的坐标图。
图17是用于说明出射光的扩散特性的均匀性的评价方法的图。
具体实施方式
(实施方式1)
参照图1～图3，说明实施方式1的扩散板。图1是表示实施方式1的扩散板的结构的示意俯视图。图2是表示实施方式1的投射式图像装置的示意图。图3是表示从实施方式1的扩散板的一具体例射出的出射光的相对于扩散角度的亮度的坐标图。需要说明的是，在图1中，规定了以扩散板的主面为原点的xy坐标系。在图2中，规定了右手系xyz坐标系，但是为了便于观察，记载于从扩散板10的主面1a分离的部位。
如图1及图2所示，扩散板10具备基板1和排列于基板1的多个微透镜2。具体而言，基板1具备主面1a、1b，多个微透镜2呈格子状地排列于主面1a。例如，扩散板10及基板1是沿水平方向H的长度HL的长边和沿垂直方向V的长度VL的短边构成的长方形形状的板状体。需要说明的是，水平方向H及垂直方向V相当于在出射光照射到扩散板10而影像等映现到物体上时影像等的方向。在该例中，扩散板10在规定的方向上被固定，水平方向H沿着X方向，垂直方向V沿着Y方向。多个微透镜2的形状以出射光的光轴相对于入射光的光轴倾斜所希望的倾斜角度的方式被控制。而且，多个微透镜2的形状以出射光具有所希望的扩散形状及扩散范围的方式被控制。
图1所示的微透镜2的一例配置成矩形格子状，但是微透镜2的格子状的配置没有限定为矩形格子，也可以是正方格子、正三角格子、斜方格子、平行体格子等。多个微透镜2的底面的形状没有限定为正方形或长方形那样的矩形，也可以为四边形、六边形、其他的多边形。多个微透镜2优选在基板1的主面1a上周期性地排列。而且，扩散板10也可以具备不是微透镜2而是具有透镜功能的微细结构体(图示省略)。该微细结构体具备多个具有微透镜状的形状的微透镜形状部(图示省略)。微透镜形状部的从最深部至最顶部的高度H1[μm]优选满足0<H1≤75。在投射式图像显示装置使用的扩散板中，微透镜形状部的高度H1至关重要。在高度H1为75μm以下时，难以视觉辨认各个微透镜。因此，在由投射式图像显示装置显示的图像中难以产生粒状感。因此，微透镜形状部的高度H1优选为75μm以下。需要说明的是，高度H1可以大于0μm。
另外，与微透镜形状部的微透镜基准面(图示省略)实质上垂直的截面中的微透镜形状部的截面形状可以绕投射光L1的光轴A1具有非对称的截面形状。在此，微透镜基准面相当于微透镜2的底面。
扩散板10可以作为投射式图像显示装置的一结构要素使用。如图2所示，投射式图像显示装置100具备扩散板10和投射投射光L1的投射装置20。当将投射光L1向扩散板10投射时，图像或影像被映出到扩散板10上。具体而言，在使用投射式图像显示装置100作为车载平视显示器的情况下，如果将投射光L1向扩散板10投射，则图像或影像被映出到扩散板10上。接下来，该图像或影像根据需要经由反射镜(图示省略)或车的前车窗(图示省略)等而由使用者进行视觉辨认。
投射装置20配置在能够将投射光L1朝向扩散板10投射并使其扩散的位置。需要说明的是，在图2所示的投射式图像显示装置100中，投射装置20配置在扩散板10的基板1的主面1a侧，但是投射装置20也可以配置在扩散板10的基板1的主面1b侧。
在此，投射装置20将投射光L1朝向扩散板10投射。扩散板10的投射光L1向微透镜2及主面1a入射。存在与主面1a实质上垂直的轴A0。轴A0与投射光L1的光轴A1所成的角度是投射光L1向扩散板10的入射角度θi。在此，入射角度θi优选为从0度至50度的范围内。需要说明的是，在本说明书中，作为角度的单位，使用了“度”和“deg”，但是都是指相同意思的单位。在具有表面带有微细的凹凸(透镜)的结构的扩散板中，超过50度的入射光的话，在扩散板内部产生内部全反射，亮度不均有时会恶化。因此，入射角度θi优选为50度以下。
在投射光L1入射到扩散板10之后，透过扩散板10，从扩散板10的主面1b作为出射光L2射出。出射光L2一边向扩散范围Rd内扩散，一边沿光轴A2前进。在此，将从投射装置20投射到扩散板10上的投射光L1的相对于光轴A1的最大角度设为θna时，投射光L1的数值孔径NA由下述的式1表达。
[数学式1]
NA＝sin(θna)...(式1)
在此，数值孔径NA优选为0.140以下。作为投射光的光源，通常使用LED或激光。为了使用这些光源将影像进行投影，通过将投射光的NA设为0.140以下能得到高精细的影像。需要说明的是，数值孔径NA可以大于0。
(出射光的光轴的定义的一具体例)
在此，参照图3及图16，说明出射光L2的光轴A2的定义的一具体例。图3是表示从实施方式1的扩散板的一具体例射出的出射光的相对于扩散角度的亮度的坐标图。图16是表示从扩散板射出的出射光的相对于扩散角度的亮度的坐标图。如图3及图16所示，在要评价的测定截面的配光特性中，在从左侧累计时，将成为全部亮度的累计值的一半的角度定义为出射光的光轴。具体而言，在相对于扩散角度的规定范围的测定亮度分布中，将相当于出射光的光轴的位置的扩散角度设为光轴扩散角度θa。从扩散角度的规定范围的最小角度θmin至光轴扩散角度θa的测定亮度的累计值To定义为扩散角度的整个范围的测定亮度的累计值Ta的50％。
再次参照图2，说明具备扩散板10的投射式图像显示装置100。
扩散板10整体的轴A0与出射光L2的光轴A2所成的角度是出射光L2相对于扩散板10的出射角度θo。出射角度θo与入射角度θi不同，换言之，出射角度θo比入射角度θi大或小。出射光L2的光轴A2相对于投射光L1的光轴A1倾斜规定的角度。即，光轴A2不是沿着与光轴A1相同的方向延伸，也不平行。出射光L2的光轴A2相对于投射光L1的光轴A1以光轴偏离角度θv弯曲。换言之，光轴A2与光轴A1所成的角度是光轴偏离角度θv。而且，出射角度θo与入射角度θi之差的绝对值是光轴偏离角度θv，光轴偏离角度θv优选为0～40度以内。处于光轴偏离角度θv越大则微细凹凸的斜面角度越大的倾向。在光轴偏离角度θv为40度以下时，入射到投射板的光在内部难以全反射。因此，该入射的光稳定地从投射板射出，图像中的亮度稳定等良好的影响增多。因此，光轴偏离角度θv优选为40度以下。
出射光L2以光轴A2为中心均匀地扩散。具体而言，出射光L2的亮度在与光轴A2实质上垂直的面上，以光轴A2为中心对称地分布。出射光L2的亮度在与光轴A2实质上垂直的面上，可以根据距光轴A2的距离而减少，也可以无论距光轴A2的距离如何都恒定。
因此，投射式图像显示装置100能够使光轴A2相对于投射光L1的光轴A1倾斜而射出出射光L2。而且，投射式图像显示装置100以使出射光L2以光轴A2为中心具有均匀的亮度的方式使投射光L1扩散并射出。因此，投射式图像显示装置100作为平视显示器用的屏幕而优选。
(扩散板的制造方法)
参照图4及图5，说明实施方式1的扩散板的制造方法。图4是表示扩散板的制造方法的次序的流程图。图5是表示实施方式1的微透镜阵列的设计工序的流程图。
如图4所示，扩散板的制造方法包括设计展现出所希望的光扩散特性的微透镜阵列的工序(S100)、制造该微透镜阵列的模具的工序(S200)、及使用模具向树脂转印微透镜阵列的形状的工序(S300)。
以下，依次说明各工序。
参照图5，说明设计微透镜阵列的工序(S100)。首先，决定扩散板的规格(ST110)。具体而言，决定扩散板使用的材料的光学物性(特别是折射率)、使用波长及所需的扩散特性的规格。
接下来，根据扩散板要求的扩散特性和材料的光学特性进行基准微透镜的设计(ST120)。这只要根据投射式图像显示装置要求的配光特性来设定扩散形状，例如顶帽(tophat)或高斯分布，进而设定扩散的扩展角度即可。在基准微透镜的设计阶段，只要光与透镜主面实质上垂直地入射，且出射光假定为相同光轴而设计即可。基准微透镜的设计可以是光线追踪，可以通过衍射计算，只要根据需要而分开使用即可。利用衍射计算进行基准微透镜设计，倾斜对应透镜设计可以使用光线追踪进行，可以两方进行衍射计算，也可以两方使用光线追踪来设计。在本发明的说明中，两工序都使用光线追踪法进行说明。需要说明的是，在本实施例中，关于光线追踪，使用照明设计解析软件LightTools(注册商标)进行解析。
接下来，基于扩散板的凹凸图案部的折射率、基材薄膜的材料或折射率进行设计(基准微透镜设计工序ST120)。基准微透镜的个数可以为1个，根据需要也可以为2个以上。特别是透镜尺寸为100μm以下的话成为衍射光的强度高的结果的情况下，也可以使用2种以上，或使用随机的透镜形状，或使用对相位施加调制的形状。在基准微透镜设计的阶段，可考虑假定为同一基准微透镜同样地铺满扩散板的基板的整个主面。基准微透镜具有例如环形形状或双锥面。
接下来，进行扩散板的各位置处的入射光的光轴的倾斜、出射光的光轴的倾斜、所需的扩散特性的设定(光设定工序ST130)。
接下来，基于设计的基准微透镜，进入倾斜对应透镜设计工序ST140。在该工序中，以利用光设定工序ST130设定的扩散板的各位置处的、入射光的光轴的倾斜、出射光的光轴的倾斜、及所需的扩散特性的设定为输入数据，进行扩散板的各位置处的透镜形状的设计。倾斜对应透镜设计可以关于全部的各个透镜进行光线追踪或衍射计算来进行设计，也可以选择变化的透镜参数而使该参数变化。
然而，在包含通常的微透镜阵列的扩散板中，微透镜的个数有时会超过100万个，因此对于各个透镜单独设计的情况需要较多的劳力。因此，在倾斜对应透镜设计工序ST140中，选择曲率半径、圆锥系数、三次校正系数、透镜的中心位置的偏离量、透镜的倾斜作为设计透镜的参数。并且，例如，在入射光以最低角度入射的部分和入射光以最高角度入射的部分，利用前述的参数调整进行倾斜对应，由此设定各个参数的上下限，并关于它们之间使用内插法，由此省略了各个透镜设计。该最低角度是入射光的光轴和与扩散板实质上垂直的假想轴交叉的角度的最低值。而且，该最高角度是入射光的光轴和与扩散板实质上垂直的假想轴交叉的角度的最高值。以通过该方法限定的参数为基础能得到与进行扩散板整面的各个位置的倾斜对应透镜设计的情况相同的设计效果。
(出射光的扩散特性的均匀性)
接下来，使用图6及图17，说明定量地评价出射光的扩散特性的均匀性的方法。图6及图17是用于说明出射光的扩散特性的均匀性的评价方法的图。
在出射光的扩散分布中，以相当于出射光的光轴的位置的光轴扩散角度θa下的光轴亮度Lo为基准，在图6及图17的朝向纸面的左侧，即，比光轴扩散角度θa小的角度的区域，存在与相当于光轴亮度Lo的70％的亮度值对应的扩散角度θs。而且，在图6及图17的朝向纸面的右侧，即，比光轴扩散角度θa大的角度的区域，存在与相当于光轴亮度Lo的70％的亮度值对应的扩散角度θb。接下来，在从扩散角度θs至扩散角度θb的范围内，以光轴亮度Lo为基准，然后，从各亮度减去光轴亮度Lo×0.7，计算从扩散角度θs至光轴扩散角度θa的累计亮度Ts、从光轴扩散角度θa至扩散角度θb的累计亮度Tb。然后，计算累计亮度Ts与累计亮度Tb之比即均匀性评价指标Ts/Tb，基于均匀性评价指标Ts/Tb和出射光的扩散范围θs+θb，进行出射光的扩散特性的均匀性的评价。
具体而言，根据扩散范围θs+θb的广度而均匀性评价指标Ts/Tb的容许范围D～1/D变化。这相对于即使均匀性评价指标Ts/Tb为相同值，在扩散范围θs+θb窄的情况下出射光的扩散特性的均匀性也被视觉辨认为较低的倾向，而具有在扩散范围θs+θb宽的情况下被视觉辨认为均匀性高的倾向。以此为基础而如以下那样根据扩散范围θs+θb来决定均匀性评价指标的容许范围D～1/D。均匀性的容许范围的下限值D由以下的式子表示。
D＝0.63*exp(0.45*((90-(θs+θb))/90)^2)
使用均匀性的容许范围的下限值D及其上限值1/D，如果均匀性评价指标Ts/Tb的范围处于以下的范围，则可以判断为出射光的扩散特性的均匀性良好。
D<Ts/Tb<1/D
具体而言，如果扩散范围θs+θb为10度，则均匀性的容许范围的下限值D为0.90，其上限值1/D为1.11。如果均匀性评价指标Ts/Tb超过均匀性的容许范围的下限值D0.90且小于其上限值1/D1.11，则扩散板使出射光以均匀的扩散分布扩散，因此优选。在扩散范围θs+θb为20度时，如果均匀性评价指标Ts/Tb超过均匀性的容许范围的下限值D0.83且小于其上限值1/D1.21，则扩散板使出射光以均匀的扩散分布扩散，因此优选。
具体而言，在图6所示的例子中，扩散范围θs+θb为10度，均匀性评价指标Ts/Tb为0.99，因此处于均匀性的容许范围的下限值D0.9至上限值1/D1.11的范围内。即，在图6所示的例子中，认定为出射光的扩散特性均匀。
另一方面，在图17所示的例子中，扩散范围θs+θb为10度，均匀性评价指标Ts/Tb为约0.86，因此低于均匀性的容许范围的下限值D0.9。即，在图17所示的例子中，认定为出射光的扩散特性不均匀。
(发明效果的一例)
根据本发明的扩散板及投射式图像显示装置，无论入射光如何都能够使出射光的扩散特性均匀，因此能够使影像直至角部都明亮而能够视觉辨认，或者能够提供高品位的影像。而且，通过使出射光的光轴相对于入射光的光轴弯曲，能够提供使扩散板具有影像范围的扩大等功能的扩散板，能够提高装置的小型化或影像显示装置的设计自由度。
实施例
接下来，说明使用实施方式1的扩散板的制造方法的一具体例制造的实施例1～4。首先，说明实施方式1的扩散板的制造方法的一具体例。
(实施例1～4的共通的设计事项)
首先，在基准微透镜设计工序ST120中，具体说明基准微透镜的形状。基准微透镜的透镜形状也可以使用一般的旋转对称形状，在该情况下，基准微透镜的截面形状，具体而言，以基准微透镜的中心与透镜面的交点为基准的下垂量z[μm]由下述的式2表示。在此，C为曲率[1/μm]，K为圆锥系数，r为距中心的距离[μm]。曲率C使用曲率半径R[μm]表示为C＝1/R。
[数学式2]
在本实施例的扩散板中使用的基准微透镜的截面形状由下述的式3表示。在此，基准微透镜是具有长方形的底面的环形透镜。使用XYZ三维坐标，规定基准微透镜的各位置。具体而言，其底面沿着XY平面，将与底面实质上垂直的假想轴设为Z。沿X方向及Y方向分别定义基准微透镜的透镜凸面的曲率。在此，以基准微透镜的中心为原点，距基准微透镜的中心轴的X方向的距离rx、距基准微透镜的中心轴的Y方向的距离ry、X方向(XZ平面)的曲率Cx[1/μm]、Y方向的曲率Cy[1/μm]、X方向(XZ平面)的圆锥系数Kx、Y方向(YZ平面)的圆锥系数Ky的关系可以使用式3表示。而且，在倾斜入射对应设计中，如式3所示，加入具有基于三次函数的校正系数Ax、Ay的三次函数的校正式。
[数学式3]
(实施例1～4的输入事项及其共通设计事项)
接下来，说明实施例1～4的输入事项及其共通设计事项。扩散板的图案部分的折射率为1.52，使用聚碳酸酯作为扩散板的基材，基材的折射率为1.59。在从扩散板射出的出射光的扩散特性中，扩散形状设为长方形。此外，在水平方向H(例如，沿着图1所示的扩散板10的长边侧的外缘的方向)上，出射光的扩散角度以全角计设为20度，在垂直方向V(例如，沿着图1所示的扩散板10的短边侧的外缘的方向)上，出射光的扩散角度以全角计设为10度。
另外，各方向上的配光形状设为接近于顶帽的形状。来自投射装置的影像向扩散板的微细凹凸面(图案面，具体而言，微透镜阵列，更具体而言，图2所示的微透镜2)入射，影像光从基材面的平坦面(例如，图2所示的主面1b)扩散并射出。
另外，存在图1所示的扩散板10的一具体例。该一具体例是长方形形状板，将其水平方向H上的长边的长度HL设为60mm(±30mm)，将垂直方向V上的长边的长度VL设为30mm(±15mm)。将投射光向该一具体例投射时，投射光所包含的光线垂直地入射到该扩散板的一具体例的相当于原点的部位。而且，如图7所示，在垂直方向V上，在该扩散板的一具体例的两端，倾斜为±5度的光线入射。而且，如图8所示，在水平方向H上，在该扩散板的一具体例的两端，倾斜为±10度的光线入射。如图7及图8所示，将基准微透镜各位置处的x、y轴方向各自的入射光的光轴角度设为θih(x,y)、θiv(x,y)。而且，将出射方向的光轴角度设为θoh(x,y)、θov(x,y)。在此，各个角度表现作为部位的函数。而且，将出射光的光轴的从入射光轴的偏离沿x、y轴方向分别设为Dθoh(x,y)、Dθov(x,y)。
基于这些信息，在使投射光垂直(在该情况下，θih＝0，θiv＝0)地入射时的条件下进行了基准微透镜的设计。基准微透镜的各条件设定为水平方向间距Px30[μm]，曲率半径Rx44.6[μm]，圆锥系数kx-0.75，垂直方向间距Py30[μm]，曲率半径Ry89.3[μm]，圆锥系数ky-0.75。水平方向间距Px是相邻的基准微透镜彼此的交界间的距离。垂直方向间距Py是相邻的基准微透镜彼此的交界间的距离。
接下来，在倾斜对应透镜设计中，作为用于与各倾斜对应的参数，在XY坐标的各位置处，将透镜中心位置的偏离量设为Dh、Dv[μm]，将透镜曲率半径系数设为αx、αy，将基于三次函数的校正系数设为Ax、Ay。
在XY坐标的某位置处，图9B所示的微透镜2中的中心位置Ro处于从图9A所示的基准微透镜21中的中心位置Ro偏离了规定的距离的位置。具体而言，微透镜2中的中心位置Ro从基准微透镜21中的中心位置Ro在X方向上偏离距离Dh，在Y方向上偏离距离Dv。换言之，X方向上的透镜中心位置的偏离量Dh是从基准微透镜21的中心位置Ro至微透镜2的中心位置Ro的在X方向上的距离。Y方向上的透镜中心位置的偏离量Dv是从基准微透镜21的中心位置Ro至微透镜2的中心位置Ro的在Y方向上的距离。
(实施例1)
基于前述的共通设计事项，关于扩散板的出射光来决定条件。扩散板的出射光相对于各入射光的光轴，在垂直方向V上，全部使光轴倾斜-2度(在此，Dθov＝-2deg)。其他的扩散特性相同。
在此，在扩散板中，仅沿垂直方向V使光轴弯曲，因此关于透镜设计只要仅对沿着垂直方向的截面(V截面)进行即可。为了在垂直方向V整个区域进行有效的倾斜对应透镜设计，而在处于沿垂直方向V延伸的直线上的位置V1、V2、V3分别进行参数设计。当使用XY正交坐标时，表达为位置V1(0mm,0mm)、位置V2(0mm,+15mm)、位置V3(0mm,-15mm)。
首先，在位置V1(0mm,0mm)处，配光特性只要垂直方向V上的入射光的光轴相对于透镜基板的主面的角度为0[deg]，出射光轴相对于透镜基板的主面的角度为-2[deg]，出射配光角处于-7～+3[deg]的范围内即可。为了实现这种情况，透镜中心位置的偏离量Dv设为-6[μm]。基于本设计的位置V1处的微透镜的截面形状如图10所示。而且，垂直方向V上的配光特性如图6所示。需要说明的是，在图10中，记载有表示投射光L1及出射光L2的行进方向的箭头。在后述的图11、13中，也与图10同样，记载有该箭头。而且，在此，扩散范围θs+θb为10度，因此如果均匀性评价指标Ts/Tb超过均匀性的容许范围的下限值D即0.90且小于其上限值即1/D1.11，则出射光的扩散分布均匀。均匀性评价指标Ts/Tb为0.99，超过均匀性的容许范围的下限值D且小于其上限值1/D，因此均匀。
接下来，在位置V2(0mm,+15mm)处，只要垂直方向V上的、入射光的光轴相对于透镜基板的主面的角度为5[deg]，出射光的光轴相对于透镜基板的主面的角度为3[deg](＝5[deg]-2[deg])即可，出射配光角只要为-2～+8[deg]即可。作为实现这种情况的设计，Y方向上的透镜中心位置的偏离量Dv＝-6[μm]，Y方向上的透镜曲率半径系数αy＝1-0.01，即0.99，Y方向上的三次函数校正量Ay＝0.02/15^3(＝5.926E-06)。基于本设计的位置V2处的微透镜的截面形状如图11所示。而且，垂直方向V上的配光特性如图12所示。而且，均匀性评价指标Ts/Tb为1.01，超过均匀性的容许范围的下限值D且小于其上限值1/D，因此均匀。
接下来，在位置V3(0mm,-15mm)进行设计。只要垂直方向V上的、入射光的光轴相对于透镜基板的主面的角度为-5[deg]，出射光的光轴相对于透镜基板的主面的角度为-7[deg](＝-5[deg]-2[deg])，出射配光角为-12～-2[deg]即可。作为实现这种情况的设计，Y方向上的透镜中心的偏离量Dv＝-6[μm]，透镜曲率半径系数αy＝1+0.01，即1.01，三次函数校正量Ay＝-0.02/15^3(＝5.926E-06)。基于本设计的位置V3处的微透镜的截面形状如图13所示。而且，垂直方向V上的配光特性如图14所示。而且，均匀性评价指标Ts/Tb为0.98，超过均匀性的容许范围的下限值D且小于其上限值1/D，因此均匀。
由该位置V1～V3的3点的设计值，Y坐标的各位置处的各参数、三次函数校正量Ay、透镜曲率半径系数αy由下述的式子表达。
Ay＝0.02/(15^3)×(Y/15)
αy＝1-0.01×(Y/15)
由此，在扩散板内的Y坐标的任意的位置适用上述设计，由此能够得到所希望的出射光特性。
(实施例2)
基于前述的共通设计事项，关于扩散板的出射光，加入条件。扩散板的出射光的光轴相对于各入射光的光轴在水平方向H上全部设定为倾斜-3deg(在此，Dθoh＝-3deg)。其他的扩散特性设定为与实施例1相同的条件。X坐标的各位置处的各参数、透镜中心位置的偏离量Dh、透镜曲率半径系数αx、基于三次函数的校正系数Ax由下述的式子表达。
Dh＝-4.45-0.1×(X/30)
αx＝1-0.02×|(X/30)|(X>＝0)
αx＝1+0.05×|(X/30)|(X<0)
Ax＝0.15/(15^3)×(X/30)
另外，均匀性评价指标Ts/Tb在X＝-30mm的位置处为1.03，在X＝+30mm的位置处为1.00，均匀性评价指标Ts/Tb均匀。
由此，通过在扩散板内的X坐标的任意的位置适用上述设计，由此能够得到所希望的出射光的配光特性。
(实施例3)
将实施例1和实施例2的设计同时适用于各自的沿着垂直方向V或水平方向H的截面形状时，能够使出射光的光轴相对于入射光的光轴，在垂直方向V上弯曲-2[deg]，在水平方向H上同时弯曲-3[deg]。这样，也能够进行将出射光的光轴沿二维方向弯曲的设计。
(实施例4)
在实施例1中，将出射光的光轴相对于入射光的光轴赋予了一定的变化，但是在实施例4中，关于垂直方向V，在扩散板面内的Y坐标的从位置-15mm至+15mm的范围内，以入射光的入射角度θiv从-5deg至+5deg变化的条件，在Y的各位置，使出射光的光轴相对于入射光的光轴变化Y方向上的出射角度Dθov[deg]。即，沿Y方向使连续的光轴变化可变。入射光轴的变化最大为2deg，Dθov＝2*Y/15[deg]。如果定义Y方向上的出射角度θov[deg]，则各Y位置的出射角度θov成为以下的式子。
θov＝θiv+Dθov
与实施例1同样，以实施例4的扩散板的3点进行了设计时，通过如下的参数能得到目标的特性。将透镜中心的偏离量Dv和三次函数校正量Ay设定为通过以下的式子表达。
Dv＝-6.0*Y/15
Ay＝-0.02/15^3(＝5.926E-06)*Y/15
αx＝1+0.02×|(Y/15)|
另外，均匀性评价指标Ts/Tb在Y＝-15mm的位置为0.98，在Y＝+15mm的位置为0.98，均匀性评价指标Ts/Tb均匀。由此，在各位置使光轴变化，并且配光特性的宽度能够大致固定，强度分布也平坦而能够维持配光特性的截面形状。
(比较例)
接下来，说明比较例1及2。
在比较例1中，使用了具有与实施例1中使用的扩散板的微透镜阵列的基准微透镜为相同结构的基准微透镜的扩散板。使倾斜了5度的光向该扩散板入射时的配光特性如图17所示。出射光的光轴θa为5deg，扩散范围θs+θb为10deg，均匀性评价指标Ts/Tb的容许范围D～1/D超过0.90且小于1.11。然而，均匀性评价指标Ts/Tb为0.86，未包含在容许范围D～1/D内，因此判断为均匀性不良好。这样可知在具有以往的微透镜阵列的扩散板中，如果使光倾斜入射，则光轴与入射光相比几乎未改变，配光分布倾斜而产生亮度不均。
在比较例2中，使用了具有倾斜透镜的扩散板，该倾斜透镜是使与实施例1中使用的扩散板的微透镜阵列的基准微透镜为同一结构的基准微透镜自身倾斜10度而得到的倾斜透镜。该倾斜透镜简易地通过使基准透镜形状变化y*tan(10deg)而具有与倾斜了10度的形状相同的形状。此时的配光特性如图15所示。出射光的光轴θa＝5.2deg，扩散范围θs+θb为9.7deg，均匀性评价指标Ts/Tb的容许范围D～1/D超过0.90且小于1.11。然而，均匀性评价指标Ts/Tb为0.87，不包含在容许范围D～1/D内，因此判断为均匀性不良好。
当使该扩散板倾斜并使光垂直地入射时，出射光的光轴能够弯曲，但是可知出射光的配光分布倾斜而产生亮度不均。
需要说明的是，本发明并不局限于上述实施方式，在不脱离主旨的范围内能够适当变更。例如，实施方式1的扩散板10为透射型的扩散板，但也可以为反射型的扩散板。具体而言，反射型的扩散板具备：供投射光投射并反射出反射光的主面；及使该主面具有反射镜功能的微细结构体。而且，投射光的数值孔径NA超过0且为0.140以下的微细结构体具备多个具有微透镜状的形状的微透镜形状反射镜部。微透镜形状反射镜部的投射光的光轴与主面的法线交叉而成的入射角度θi处于0度～50度的范围内。微透镜形状反射镜部的多个中的至少一个以微透镜形状反射镜部的反射光的光轴与主面的法线交叉而成的反射角度反射出反射光。使该反射光与入射角度θi不同。反射光在所希望的扩散角度的范围内具有实质上均匀的亮度。微透镜形状反射镜部的与微透镜基准面实质上垂直的截面中的微透镜形状反射镜部的截面形状绕投射光的光轴具有非对称的截面形状。
另外，在上述的反射型的扩散板中，微透镜形状反射镜部的投射光的光轴与主面的法线交叉而成的入射角度θi超过0度且为50度以下，反射光也可以与入射角度θi相同。
需要说明的是，微透镜形状反射镜部也可以使用上述的扩散板10的设计方法来设计。
本申请主张以在2016年10月3日提出申请的日本申请特愿2016-195461为基础的优先权，并将其公开的全部援引于此。
标号说明
10扩散板
1基板 1a、1b主面
2微透镜
100投射式图像显示装置
20投射装置
A0轴 A1、A2光轴
Ax基于三次函数的校正系数
Dh、Dv透镜中心位置的偏离量
H水平方向
L1投射光 L2出射光
Lb、Ls亮度 Lo光轴亮度
Rd扩散范围 Ro中心位置
Ta、Tb、To、Ts累计值
V垂直方向
V1-V3位置
αx、αy透镜曲率半径系数 θb、θs扩散角度
θi入射角度 θa光轴扩散角度
θo、θoy出射角度 θv光轴偏离角度。

Claims (14)

1.一种扩散板，在投射光学系统中使用，所述扩散板的特征在于，具备：
投射侧主面，供投射光投射；
出射侧主面，使出射光射出；及
微细结构体，使所述投射侧主面及所述出射侧主面中的至少一方具有透镜功能，
所述投射光的数值孔径NA超过0且为0.140以下，
所述微细结构体具备多个具有微透镜状的形状的微透镜形状部，
所述微透镜形状部处的所述投射光的光轴与所述投射侧主面的法线交叉而成的入射角度θi处于0度～50度的范围内，
所述微透镜形状部的多个中的至少一个以所述微透镜形状部处的所述出射光的光轴与所述投射侧主面的法线交叉而成的出射角度θo使所述出射光射出，
出射角度θo与所述入射角度θi不同，
所述出射光在所希望的扩散角度的范围内具有实质上均匀的亮度，
所述微透镜形状部的与微透镜基准面实质上垂直的截面中的所述微透镜形状部的截面形状绕所述投射光的光轴具有非对称的截面形状。
2.一种扩散板，在投射光学系统中使用，所述扩散板的特征在于，具备：
投射侧主面，供投射光投射；
出射侧主面，使出射光射出；及
微细结构体，使所述投射侧主面及所述出射侧主面中的至少一方具有透镜功能，
所述投射光的数值孔径NA超过0且为0.140以下，
所述微细结构体具备多个具有微透镜状的形状的微透镜形状部，
所述微透镜形状部处的所述投射光的光轴与所述投射侧主面的法线交叉而成的入射角度θi超过0度且为50度以下，
所述微透镜形状部的多个中的至少一个以所述微透镜形状部处的所述出射光的光轴与所述投射侧主面的法线交叉而成的出射角度θo使所述出射光射出，
所述出射角度θo与所述入射角度θi相同，
所述出射光在所希望的扩散角度的范围内具有实质上均匀的亮度，
所述微透镜形状部的与微透镜基准面实质上垂直的截面中的所述微透镜形状部的截面形状绕所述投射光的光轴具有非对称的截面形状。
3.根据权利要求1或2所述的扩散板，其特征在于，
在相对于扩散角度的测定亮度分布中，
将相当于所述出射光的光轴的位置的扩散角度设为光轴扩散角度θa时，
从所述扩散角度的规定范围的最小角度θmin至所述光轴扩散角度θa的测定亮度的累计值To为扩散角度的整个范围内的测定亮度的累计值Ta的50％，
所述投射光的光轴与所述出射光的光轴交叉而成的角度之差的绝对值在0～40度以内变化，
规定的扩散角度θs下的亮度Ls、所述规定的扩散角度θb下的亮度Lb都相当于所述出射光的光轴下的光轴亮度Lo的70％，
所述规定的扩散角度θs比所述光轴扩散角度θa小，所述规定的扩散角度θb比所述光轴扩散角度θa大时，
从自所述扩散角度θs至所述光轴扩散角度θa的各亮度减去Lo*0.7而得到的亮度的累计值Ts与从所述光轴扩散角度θa至所述规定的扩散角度θb的亮度的累计值Tb之比即均匀性评价指标Ts/Tb满足D<Ts/Tb<1/D，
均匀性评价指标Ts/Tb的容许范围的下限值D满足D＝0.63*exp(0.45*((90-(θs+θb))/90)^2)。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的扩散板，其特征在于，
所述微透镜形状部的底面形状为长方形，
所述微透镜形状部周期性地排列成格子状。
5.根据权利要求4所述的扩散板，其特征在于，
所述微透镜形状部的从最深部至最顶部的高度H1[μm]满足0<H1≤75。
6.一种投射式图像显示装置，其中，具备：
权利要求1～5中任一项所述的扩散板；及
向所述扩散板投射所述投射光的投射装置。
7.一种扩散板的设计方法，设计扩散板的光扩散图案，所述扩散板具备供投射光投射的投射侧主面和使出射光射出的出射侧主面，其中，所述扩散板的设计方法包括：
基准微透镜设计工序，以在假定了垂直地使光投射到所述扩散板的所述投射侧主面时具有所希望的光扩散特性的方式，准备基准微透镜；及
倾斜对应透镜设计工序，用于基于所述扩散板的所述投射侧主面的各位置处的所述投射光的光轴的倾斜、所述扩散板的所述投射侧主面的各位置处的所述投射光的光轴的倾斜、所述出射光的配光特性，使所述基准微透镜的形状对应于所述投射光的光轴的倾斜和所述出射光的光轴的倾斜，
在所述倾斜对应透镜设计工序中，
透镜设计参数包含使透镜的中心位置偏离的中心位置偏离量。
8.根据权利要求7所述的扩散板的设计方法，其特征在于，
在所述倾斜对应透镜设计工序中，所述透镜设计参数还包含透镜的倾斜量。
9.根据权利要求7或8所述的扩散板的设计方法，其特征在于，
在所述倾斜对应透镜设计工序中，所述透镜设计参数还包含使透镜的曲率半径扩大或缩小的透镜曲率半径的变化量。
10.根据权利要求7～9中任一项所述的扩散板的设计方法，其特征在于，
在所述倾斜对应透镜设计工序中，所述透镜设计参数还包含以三次函数或类似于三次函数的函数来调整透镜形状的调整量。
11.根据权利要求7～10中任一项所述的扩散板的设计方法，其特征在于，
所述基准微透镜具有如下透镜形状：在包含所述投射侧主面或所述出射侧主面的法线方向且不同的两个截面中，分别控制两个截面形状，
对于所述基准微透镜的所述两个截面形状进行透镜设计。
12.根据权利要求11所述的扩散板的设计方法，其特征在于，
所述基准微透镜具有环形形状或具有双锥面。
13.一种扩散板，其中，具备：
主面，供投射光投射并反射出反射光；及
微细结构体，使所述主面具有反射镜功能，
所述投射光的数值孔径NA超过0且为0.140以下，
所述微细结构体具备多个具有微透镜状的形状的微透镜形状反射镜部，
所述微透镜形状反射镜部处的所述投射光的光轴与所述主面的法线交叉而成的入射角度θi处于0度～50度的范围内，
所述微透镜形状反射镜部的多个中的至少一个以所述微透镜形状反射镜部处的所述反射光的光轴与所述主面的法线交叉而成的反射角度反射出所述反射光，
所述反射光与所述入射角度θi不同，
所述反射光在所希望的扩散角度的范围内具有实质上均匀的亮度，
所述微透镜形状反射镜部的与微透镜基准面实质上垂直的截面中的所述微透镜形状反射镜部的截面形状绕所述投射光的光轴具有非对称的截面形状。
14.一种扩散板，其中，具备：
主面，供投射光投射并反射出反射光；及
微细结构体，使所述主面具有反射镜功能，
所述投射光的数值孔径NA超过0且为0.140以下，
所述微细结构体具备多个具有微透镜状的形状的微透镜形状反射镜部，
所述微透镜形状反射镜部处的所述投射光的光轴与所述主面的法线交叉而成的入射角度θi超过0度且为50度以下，
所述微透镜形状反射镜部的多个中的至少一个以所述微透镜形状反射镜部处的所述反射光的光轴与所述主面的法线交叉而成的反射角度反射出所述反射光，
所述反射光与所述入射角度θi相同，
所述反射光在所希望的扩散角度的范围内具有实质上均匀的亮度，
所述微透镜形状反射镜部的与微透镜基准面实质上垂直的截面中的所述微透镜形状反射镜部的截面形状绕所述投射光的光轴具有非对称的截面形状。
CN201780061015.0A 2016-10-03 2017-10-02 扩散板及投射式图像显示装置 Active CN109791232B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016-195461 2016-10-03
JP2016195461 2016-10-03
PCT/JP2017/035802 WO2018066501A1 (ja) 2016-10-03 2017-10-02 拡散板及び投写式画像表示装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109791232A true CN109791232A (zh) 2019-05-21
CN109791232B CN109791232B (zh) 2022-04-26

Family

ID=61831575

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780061015.0A Active CN109791232B (zh) 2016-10-03 2017-10-02 扩散板及投射式图像显示装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11175440B2 (zh)
EP (1) EP3521873A4 (zh)
JP (1) JP7109367B2 (zh)
KR (1) KR102266524B1 (zh)
CN (1) CN109791232B (zh)
WO (1) WO2018066501A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111239869A (zh) * 2020-03-19 2020-06-05 宁波舜宇车载光学技术有限公司 扩散板
WO2021185299A1 (zh) * 2020-03-19 2021-09-23 宁波舜宇车载光学技术有限公司 显示设备
CN114690520A (zh) * 2020-12-29 2022-07-01 宁波舜宇车载光学技术有限公司 一种发射端及其制备方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7355013B2 (ja) * 2018-07-11 2023-10-03 日本精機株式会社 表示装置及びヘッドアップディスプレイ装置
JP7087828B2 (ja) * 2018-08-27 2022-06-21 セイコーエプソン株式会社 光学素子、光射出装置および画像表示システム
KR102129703B1 (ko) * 2020-02-06 2020-07-03 주식회사 옵토전자 회절 방식을 이용한 마이크로 광학소자 시스템
JPWO2022107772A1 (zh) * 2020-11-17 2022-05-27

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1495518A (zh) * 2002-09-24 2004-05-12 精工爱普生株式会社 透射型屏幕和背面型投影仪
US20040130790A1 (en) * 2002-09-20 2004-07-08 Sales Tasso R. M. Random microlens array for optical beam shaping and homogenization
CN1591169A (zh) * 2003-08-27 2005-03-09 精工爱普生株式会社 屏幕及投影机
CN1734290A (zh) * 2004-06-08 2006-02-15 索尼株式会社 光扩散膜及其制造方法以及屏幕
JP2007183498A (ja) * 2006-01-10 2007-07-19 Tohoku Univ 拡散フィルム及び投写システム
US20130050655A1 (en) * 2011-08-29 2013-02-28 Denso Corporation Head-up display apparatus, screen member, manufacturing method thereof and image projecting method
EP2916149A1 (en) * 2014-03-07 2015-09-09 Ricoh Company, Ltd. Lens array, image display apparatus, and moving body
WO2016143350A1 (ja) * 2015-03-12 2016-09-15 株式会社クラレ 拡散板

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6498685B1 (en) * 1999-01-11 2002-12-24 Kenneth C. Johnson Maskless, microlens EUV lithography system
CN1239925C (zh) 2000-07-31 2006-02-01 罗切斯特光电器件公司 用于光受控扩展的结构化屏
JP2010145745A (ja) 2008-12-18 2010-07-01 Equos Research Co Ltd 画像形成装置、及び、ヘッドアップディスプレイ装置
JP2014149405A (ja) * 2013-01-31 2014-08-21 Nippon Seiki Co Ltd ヘッドアップディスプレイ装置
JP6260345B2 (ja) * 2014-01-06 2018-01-17 株式会社Ｊｖｃケンウッド 中間像形成部及びそれを用いた画像表示装置
KR102459499B1 (ko) 2014-09-30 2022-10-26 주식회사 쿠라레 확산판 및 확산판의 제조 방법

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040130790A1 (en) * 2002-09-20 2004-07-08 Sales Tasso R. M. Random microlens array for optical beam shaping and homogenization
CN1495518A (zh) * 2002-09-24 2004-05-12 精工爱普生株式会社 透射型屏幕和背面型投影仪
CN1591169A (zh) * 2003-08-27 2005-03-09 精工爱普生株式会社 屏幕及投影机
CN1734290A (zh) * 2004-06-08 2006-02-15 索尼株式会社 光扩散膜及其制造方法以及屏幕
JP2007183498A (ja) * 2006-01-10 2007-07-19 Tohoku Univ 拡散フィルム及び投写システム
US20130050655A1 (en) * 2011-08-29 2013-02-28 Denso Corporation Head-up display apparatus, screen member, manufacturing method thereof and image projecting method
EP2916149A1 (en) * 2014-03-07 2015-09-09 Ricoh Company, Ltd. Lens array, image display apparatus, and moving body
WO2016143350A1 (ja) * 2015-03-12 2016-09-15 株式会社クラレ 拡散板

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LEE CHI-HUNG等: "The design and fabrication of an optical diffuser for head-up displays", 《PROCEEDINGS OF SPIE》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111239869A (zh) * 2020-03-19 2020-06-05 宁波舜宇车载光学技术有限公司 扩散板
WO2021185299A1 (zh) * 2020-03-19 2021-09-23 宁波舜宇车载光学技术有限公司 显示设备
CN111239869B (zh) * 2020-03-19 2022-02-22 宁波舜宇车载光学技术有限公司 扩散板
CN114690520A (zh) * 2020-12-29 2022-07-01 宁波舜宇车载光学技术有限公司 一种发射端及其制备方法
CN114690520B (zh) * 2020-12-29 2024-04-12 宁波舜宇车载光学技术有限公司 一种发射端及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018066501A1 (ja) 2018-04-12
KR102266524B1 (ko) 2021-06-17
JP7109367B2 (ja) 2022-07-29
KR20190039833A (ko) 2019-04-15
US11175440B2 (en) 2021-11-16
JPWO2018066501A1 (ja) 2019-07-18
EP3521873A1 (en) 2019-08-07
CN109791232B (zh) 2022-04-26
US20200284952A1 (en) 2020-09-10
EP3521873A4 (en) 2020-04-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109791232A (zh) 扩散板及投射式图像显示装置
JP6833830B2 (ja) マルチビーム回折格子ベースのニアアイディスプレイ
CN106461815B (zh) 微透镜阵列及包括微透镜阵列的光学系统
CN102016714B (zh) 保偏前投影屏幕
JP6424418B2 (ja) 光学素子、投影装置および計測装置並びに製造方法
JP7196832B2 (ja) 画像表示装置
CN108351512A (zh) 具有头部跟踪的基于多束衍射光栅的显示器
WO2016125824A1 (ja) 透過型スクリーン及びそれを用いたヘッドアップディスプレイ装置
CN109388015A (zh) 全反射屏幕和投影系统
CN106716185A (zh) 扩散板及扩散板的设计方法
CN106226984A (zh) 一种激光光源、激光投影设备
JP2018083593A (ja) 表示装置
JP5943273B2 (ja) 立体ディスプレイ
JP2005300907A (ja) スクリーン及びこれを用いた画像投影システム
JP6841889B1 (ja) マイクロレンズアレイ、投影型画像表示装置、マイクロレンズアレイの設計方法及びマイクロレンズアレイの製造方法
CN1987638B (zh) 图像显示装置,及其所使用的菲涅耳透镜片和屏幕
TWI770273B (zh) 回射製品、顯示系統及顯示影像的方法
US20120249968A1 (en) Autostereoscopic display
US20210311381A1 (en) Brightness and uniformity-enhanced projector screen
US20220350056A1 (en) System and method for holographic displays
EP3511762A1 (en) Light emitting device and image display system
JP2016200784A (ja) スクリーン及び表示装置
KR100689596B1 (ko) 휘도개선광학시트 및 이를 사용하는 고휘도 반사형 스크린
JP2010044137A (ja) スクリーン
JP2015064497A (ja) リニアフレネルレンズシート及び透過型表示装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant