CN110161602B - 漫射板、漫射板的设计方法、显示装置、投影装置和照明装置 - Google Patents

漫射板、漫射板的设计方法、显示装置、投影装置和照明装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及漫射板、漫射板的设计方法、显示装置、投影装置和照明装置。即使在入射了从可干涉性更高的光源出射的光线的情况下，也使漫射强度均匀。本发明的漫射板是由位于透明基板的表面的微透镜组构成的微透镜阵列型的漫射板，其中，至少符合所述漫射板中的光线的入射部位的所述微透镜组由针对阵列排列为连续的2个以上的单位单元构成，所述单位单元由位于透明基板的表面的多个微透镜构成，所述光线的入射部位具有：具有不同的平均漫射角度的至少2个区域，关于所述具有不同的平均漫射角度的区域之中的第1区域以及与所述第1区域邻接并且位于所述第1区域的所述光线的入射部位的端部侧的第2区域，构成各个区域的所述单位单元的平均曲率半径满足由式（1）表示的关系式。

Description

漫射板、漫射板的设计方法、显示装置、投影装置和照明装置
技术领域
本发明涉及漫射板、漫射板的设计方法、显示装置、投影装置和照明装置。
背景技术
在例如显示器等显示装置或投影仪等投影装置或各种照明装置等这样的各种装置中广泛地利用使入射光向各种方向散射的漫射板。这样的漫射板中的入射光的漫射机构被大致区分为利用起因于漫射板的表面形状的光的折射的漫射机构、以及利用由在块体的内部存在的折射率与周围不同的物质造成的散射的漫射机构。在利用了起因于表面形状的光的折射的漫射板之一中，存在在块体的表面配置几十μm左右的大小的多个微透镜的所谓的微透镜阵列型的漫射板。各种提出了在微透镜阵列型的漫射板中通过将透镜形状或透镜的配置不规则化来抑制衍射光的产生的方法。
近年来，使用出射激光光那样的直线性和可干涉性高的光线的光源来作为上述那样的显示装置或投影装置或照明装置的光源。在这样的直线性和可干涉性高的光线入射到微透镜阵列型的漫射板的情况下，由于入射光的可干涉性大，所以，在衍射光分量的抑制中不仅不能忽视透镜配置的影响而且不能忽视透镜间的边界部分的影响，此外，仅在照射的光斑内存在的透镜部分对出射光施加影响。进而，为了对光斑内的高的光强度密度也保持耐久性，使用适当的材料来形成包括透镜部分的漫射板整体是重要的。从上述那样的观点出发，在以下的专利文献1中公开了与示出优越的漫射特性并且对可干涉性大的光具有优越的耐久性而能够生产性更好地制造的漫射板有关的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-83815号公报。
发明要解决的课题
然而，即使在使用了上述专利文献1所公开那样的漫射板的情况下，也在使用将多个激光二极管呈格子状配置的激光阵列光源来作为可干涉性更高的光源的情况下，漫射板的中心部的光量变强，光量分布不均匀，漫射角度变宽，因此，存在产生在期望的漫射角度范围内的漫射光量的降低的情况是显而易见的。
发明内容
因此，本发明是鉴于上述问题而完成的，本发明的目的在于提供即使在入射了从可干涉性更高的光源出射的光线的情况下也能够使漫射强度均匀的漫射板、漫射板的设计方法、显示装置、投影装置和照明装置。
用于解决课题的方案
为了解决上述课题，根据本发明的某个观点，提供了一种漫射板，所述漫射板是由位于透明基板的表面的微透镜组构成的微透镜阵列型的漫射板，其中，至少符合所述漫射板中的光线的入射部位的所述微透镜组由针对阵列排列为连续的2个以上的单位单元构成，所述单位单元由位于透明基板的表面的多个微透镜构成，所述光线的入射部位具有：具有不同的平均漫射角度的至少2个区域，关于所述具有不同的平均漫射角度的区域之中的第1区域以及第2区域，构成各个区域的所述单位单元的平均曲率半径满足由以下的式（1）表示的关系式，所述第2区域以与所述第1区域邻接的方式位于所述第1区域的所述光线的入射部位的端部侧并且具有比所述第1区域的平均漫射角度小的平均漫射角度。
在所述漫射板中，优选的是，至少在所述光线的入射部位中，彼此相邻的所述微透镜间的棱线彼此不平行并且不与所述透明基板平行，各个所述微透镜的顶点的平面位置和高度位置以及所述微透镜间的棱线的配置被不规则化，以使抑制衍射现象。
优选的是，所述第1区域位于所述光线的入射部位的中央部分，所述第2区域以包围所述第1区域的方式定位。
入射的光线为从多个光源出射的光斑光的集合体，以所述第1区域的外周位于所述光斑光的集合体向所述漫射板的投影区域的内侧并且所述第2区域的外周位于所述投影区域的外侧的方式配置所述第1区域和所述第2区域也可。
以与所述第N个（N≥2）区域邻接并且包围所述第N个区域的方式存在满足由所述式（1）表示的关系式的第（N+1）个区域，N+1个区域之中的至少一个区域的外周位于从多个光源出射的光斑光的集合体向所述漫射板的投影区域的外侧也可。
优选的是，所述第1区域的面积相对于用作漫射板的区域的面积为0.04%以上85%以下，并且，相对于从多个光源出射的光斑光的集合体向所述漫射板的投影区域的面积为0.05%以上92%以下。
入射的光线为从多个光源出射的光斑光的集合体，所述单位单元具有比一个所述光斑光的面积大的面积也可。
所述单位单元的对角线的长度为3mm以下也可。
在所述微透镜的表面和所述透明基板的未配设所述微透镜组侧的表面具备反射防止层也可。
所述反射防止层为由Nb2O5和SiO2构成的多层构造体也可。
为了解决上述课题，根据本发明的另一观点，提供了一种漫射板的设计方法，所述设计方法是由位于透明基板的表面的微透镜组构成的微透镜阵列型的漫射板的设计方法，其中，使至少符合所述漫射板中的光线的入射部位的所述微透镜组由针对阵列排列为连续的2个以上的单位单元构成，并且，使所述单位单元由位于透明基板的表面的多个微透镜构成，之后，使所述光线的入射部位有具有不同的平均漫射角度的至少2个区域，关于所述具有不同的平均漫射角度的区域之中的第1区域以及第2区域，将构成各个区域的所述单位单元的平均曲率半径设定为满足由以下的式（1）表示的关系式，所述第2区域以与所述第1区域邻接的方式位于所述第1区域的所述光线的入射部位的端部侧并且具有比所述第1区域的平均漫射角度小的平均漫射角度。
此外，为了解决上述课题，根据本发明的另一观点，提供了具备上述的漫射板的显示装置。
此外，为了解决上述课题，根据本发明的另一观点，提供了具备上述的漫射板的投影装置。
此外，为了解决上述课题，根据本发明的另一观点，提供了具备上述的漫射板的照明装置。
【数式1】
Figure 810574DEST_PATH_IMAGE002
在此，在上述式（1）中，
Ra：构成第2区域的单位单元的平均曲率半径
Rb：构成第1区域的单位单元的平均曲率半径。
发明效果
如以上说明那样，根据本发明，能够提供即使在入射了从可干涉性更高的光源出射的光线的情况下也能够使漫射强度均匀的漫射板、漫射板的设计方法、显示装置、投影装置和照明装置。
附图说明
图1是示意性地示出了本发明的实施方式的漫射板的说明图。
图2是示意性地示出了该实施方式的漫射板的说明图。
图3是用于对漫射光强度的均匀性进行说明的说明图。
图4是示意性地示出了构成该实施方式的漫射板的单位单元（unit cell）的一部分的说明图。
图5A是示意性地示出了该实施方式的单位单元中的相邻的微透镜（microlens）间的边界的状态的一个例子的说明图。
图5B是示意性地示出了该实施方式的单位单元中的相邻的微透镜间的边界的状态的一个例子的说明图。
图6A是示意性地示出了该实施方式的单位单元中的相邻的微透镜间的边界的状态的一个例子的说明图。
图6B是示意性地示出了该实施方式的单位单元中的相邻的微透镜间的边界的状态的一个例子的说明图。
图7是示意性地示出了该实施方式的漫射板的说明图。
图8是用于对该实施方式的漫射板中的单位单元的配置进行说明的说明图。
图9是用于对该实施方式的漫射板中的平均漫射角度进行说明的说明图。
图10是用于对该实施方式的漫射板中的部分区域的配置进行说明的说明图。
图11是用于对该实施方式的漫射板中的部分区域的配置进行说明的说明图。
图12是用于对该实施方式的漫射板中的部分区域的配置进行说明的说明图。
图13是用于对实验例1的设定条件进行说明的说明图。
图14是用于对实验例1的设定条件进行说明的说明图。
图15是用于对实验例1的设定条件进行说明的说明图。
图16是示出了实验例1中的漫射光的强度分布图案的一个例子的说明图。
图17是示出了实验例1中的漫射光的强度分布图案的图表图。
具体实施方式
在以下一边参照附图一边对本发明的优选的实施方式详细地进行说明。再有，在本说明书和附图中，对具有实质上相同的功能结构的结构要素标注相同的附图标记，由此，省略重复说明。
（关于漫射板）
在以下，一边参照图1~图12，一边对本发明的实施方式的漫射板详细地进行说明。
图1、图2和图7是示意性地示出了本实施方式的漫射板的说明图。图3是用于对漫射光强度的均匀性进行说明的说明图。图4是示意性地示出了构成本实施方式的漫射板的单位单元的一部分的说明图。图5A~图6B是示意性地示出了本实施方式的单位单元中的相邻的微透镜间的边界的状态的一个例子的说明图。图8是用于对本实施方式的漫射板中的单位单元的配置进行说明的说明图。图9是用于对本实施方式的漫射板中的平均漫射角度进行说明的说明图。图10~图12是用于对本实施方式的漫射板中的部分区域的配置进行说明的说明图。
本实施方式的漫射板1是在基板上配置有由多个微透镜构成的微透镜组的、微透镜阵列（microlens array）型的漫射板。这样的漫射板1之中的至少光线入射的部位2（以下，仅称为“光线入射部位2”。）如图1所示意性地示出那样由多个单位单元3构成。此外，在单位单元3间，如图1右侧的图所示意性地示出那样，在单位单元3内设置的多个微透镜的布局图案（配置图案）沿单位单元的排列方向（换言之，阵列排列方向）连续。
在此，在图1中，将构成漫射板1的单位单元3的形状为矩形的情况举出为例子来进行图示，但是，单位单元3的形状并不限定于图1所示的形状，只要为例如如正三角形状或正六边形状等那样能够没有间隙地填满平面的形状即可。此外，在图1所示的漫射板1中，在光线入射部位2以外的区域中，也可以与光线入射部位2同样地由多个单位单元3形成微透镜组，也可以不形成微透镜组。
此外，在本实施方式的漫射板1中，光线入射部位2如图2所示意性地示出那样具有至少2个具有不同的平均漫射角度的区域。在以下，将具有这样的规定的平均漫射角度的区域称为“部分区域AR”。
在本实施方式的漫射板1的光线入射部位2中，如图2所示意性地示出那样，至少存在具有规定的平均漫射角度的部分区域即第1部分区域AR1、以及以与第1部分区域AR1邻接的方式位于第1部分区域AR1的光线入射部位2的端部侧并且具有比第1部分区域AR1的平均漫射角度小的平均漫射角度的第2部分区域AR2。构成第1部分区域AR1的单位单元3b的平均曲率半径和构成第2部分区域AR2的单位单元3a的平均曲率半径分别满足在以下详述的特定的关系式。
在此，在本实施方式的漫射板1中，构成各个部分区域AR的单位单元3a、3b的个数并不特别限定，但是，各个部分区域AR优选由至少2个以上的单位单元3a、3b构成。在各部分区域AR的内部中，在单位单元3内设置的多个微透镜的布局图案（配置图案）沿单位单元的排列方向（换言之，阵列排列方向）连续，在不同的2个部分区域AR间，多个微透镜的布局图案也沿单位单元的排列方向连续。即，在本实施方式的漫射板1的光线入射部位2中，多个微透镜的布局图案沿单位单元的排列方向连续。
在本实施方式的漫射板1中，至少光线入射部位2如图2所示那样具有满足在以下详述那样的条件的至少2个部分区域AR，由此，即使在入射了从例如如激光阵列光源那样可干涉性更高的光源出射的光线的情况下，也能够使漫射强度均匀。在此，均匀的漫射强度是指在以下说明的2个条件双方成立的状况。首先，作为第1条件，举出例如如图3所示意性地示出那样在测定由本实施方式的漫射板1产生的漫射光的强度分布图案（漫射角分布曲线）时得到的强度分布图案的峰值数目为1个的情况（在俯瞰得到的漫射光的强度分布图案的整体时识别出的峰值数目为1的情况）。此外，作为第2条件，举出在将期望的区域中的漫射光的平均强度（W/mm2）设为A并且将期望的区域中的漫射光的强度的偏差σ（W/mm2）设为B时、作为平均强度与强度的偏差的比率的C=A/B的值比具有与着眼的漫射板1相同的漫射角的、仅由1个部分区域AR构成的漫射板中的C的值高的情况。在此，考虑上述比率C时的“期望的区域”例如能够为想要使漫射光的平均强度变高并且使强度分布均匀的区域。此外，“具有与着眼的漫射板1相同的漫射角的、仅由1个部分区域AR构成的漫射板”例如能够为具有由着眼的漫射板1实现的多个漫射角之中的、由最靠近中央部分的部分区域AR实现的漫射角度的、仅由1个部分区域AR构成的漫射板。
图4是示意性地示出了本实施方式的单位单元3的一部分的构造的说明图。如图4所示意性地示出那样，构成各部分区域AR的单位单元3具有透明基板10、以及在透明基板10的表面形成的微透镜组20。
＜关于透明基板10＞
透明基板10是由能够在入射到本实施方式的漫射板1的光的波段（wavelengthband）中看作透明的材质构成的基板。这样的基板优选使用耐光性高的无机材料来形成。作为耐光性高的无机材料的例子，例如，能够举出石英玻璃、硼硅酸玻璃、超白玻璃（superwhite glass）等这样的公知的光学玻璃，但是，优选使用不含有Al2O3或碱金属等碱成分的（或者，碱成分的含有量为20质量%以下，更优选为10质量%以下的）玻璃。作为这些玻璃，可举出石英玻璃或已知为TEMPAX（注册商标）的硼硅酸玻璃等。通过使用这样的无机材料，从而即使在特别是使用高输出的激光光来作为入射光的情况下，也能够消除由材料的变质造成的漫射板的漫射特性的劣化。在例如作为Al2O3的含有量较多而不含有碱成分的无碱玻璃已知的Corning公司制EAGLE（注册商标）等中，存在在漫射板制造时的使用了氟类气体的干法蚀刻中产生Al2O3的微小凹凸而透射率降低的情况。
再有，在图4中，将透明基板10为矩形的情况举出为例子来进行了图示，但是，透明基板10的形状并不限定于矩形，也可以根据例如安装漫射板1的显示装置、投影装置、照明装置等的形状而具有任意的形状。
＜关于微透镜组20＞
在透明基板10的表面形成有由多个微透镜21构成的微透镜组20。在漫射板中使光漫射是本来的使用方法，因此，作为构成单位单元3的微透镜21，如图4下段所示意性地示出那样，出射面全部由凹透镜构成是优选的。是因为：在漫射板的出射面由凸透镜构成的情况下，在焦点位置产生聚光部，因此，在设置上的制约或安全性产生问题。此外，在本实施方式的微透镜组20中，各微透镜21的曲率半径或顶点间间距不相同而在固定的范围内具有偏差，因此，焦点距离也还是具有固定的分布。在凹透镜的情况下，焦点位置为假想点，但是，在焦点位置处光强度密度变大，因此，各微透镜21的焦点位置优选处于与构成漫射板1的透明基板10邻接的区域。是因为：在各微透镜21的焦点位置处于远离透明基板10的地方的情况下，存在产生不能在焦点位置配置各种部件等光学系统上的制约的情况。
此外，在本实施方式的微透镜组20中，构成单位单元3的各微透镜21被配设为满足以下所示的3个条件。
（1）单位单元3的4个边的边界为阵列排列且在图案中不产生不连续。
（2）各微透镜21的顶点的平面位置和高度位置（换言之，凹透镜的深度的最低的位置）以及微透镜21间的棱线被不规则化以使充分抑制衍射。
（3）为了抑制非漫射透射光，在邻接的微透镜21间不存在非透镜区域。
在此，在上述（2）中言及的“不规则”是指意味着在漫射板1中的微透镜组20的任意的区域中实质上不存在与微透镜21的配置有关的规则性。因此，即使在任意的区域中的微小区域中在微透镜21的配置中存在某种规则性而作为任意的区域整体在微透镜21的配置中也不存在规则性的情况被包括在“不规则”中。
在以满足上述的3个条件的方式配置的本实施方式的微透镜组20中，彼此相邻的微透镜21间的棱线全部不彼此平行并且不与透明基板10平行是优选的。是因为：在微透镜21间存在彼此平行的棱线的情况下，衍射光分量增加。
在此，“棱线”是指多个微透镜21邻接的邻接透镜边界部即微透镜21的曲率半径急剧变化的线状的区域。这样的棱线的宽度为通常光的波长程度以下，但是，控制该棱线的宽度，以使在蚀刻等工艺条件下衍射光为适当的大小。此外，“不平行”是指包括判断是否平行的2个线的至少一个为曲线的情况。
具体而言，由邻接的微透镜21包围的微透镜的区域如图5A和图5B所示那样当从微透镜的光轴方向看时为多边形，多边形的各边当从微透镜剖面看时为曲线是优选的。
此外，由满足上述的3个条件的微透镜21构成的单位单元3的至少一个边的长度优选为单位单元3所包括的微透镜21的平均间距（例如，各微透镜21的顶点位置间距离的平均值）的整数倍。换言之，本实施方式的漫射板1中的单位单元3的周期优选为单位单元3的至少一边的长度成为微透镜21的平均间距的整数倍的周期。
像这样，微透镜组20中的邻接的各微透镜21被决定为满足上述那样的条件，并不是完全随机的。
再有，针对邻接的微透镜21间的棱线，为了减少衍射光分量，能够进行进一步的想办法。例如，也能够如图5A所示意性地示出那样使棱线的一部分不为单纯的直线或曲线而为凸凹形状，或者，如图6A和图6B所示那样在棱线上的一部分配置半透镜部等不同形状。在此，在本实施方式中，半透镜部是指棱线的宽度为10μm以上那样的、微透镜21的曲率半径的变化比较缓和的区域。此外，在这样的半透镜部中还包括如鞍型那样在正交的方向上曲率的符号不同的部分。通过使微透镜21间的棱线为以上那样的形态，从而能够使彼此相邻的微透镜21间的边界部分不平坦并且弄乱在棱线部分中产生的衍射波面的相位而不会产生向特定的方向的衍射光分量。
此外，构成单位单元3的微透镜21的数量优选为3×3=9个以上。这是由于以下而导出的：在入射了具有与单位单元3相等的直径的入射光的情况下，只要微透镜21的平均间距为入射光直径的1/3以下左右，则漫射特性不会相对于入射光位置的偏离而变化。
关于用于使上述那样的各微透镜21的曲率半径、顶点的平面位置和高度位置、顶点间间距或微透镜21间的棱线等不规则化的方法，不被特别限定，只要适当使用在例如上述专利文献1中公开那样的公知的方法即可。
此外，在以下重新对与各部分区域AR应满足的平均漫射角度有关的条件详细地进行说明。
＜关于反射防止层＞
在本实施方式的漫射板1中，针对其表面和背面（换言之，微透镜21的表面和透明基板10的未配设微透镜组20侧的表面），如图7所示意性地示出那样，以透射率的增加或反射杂散光等的防止为目的，形成反射防止层30也可。
能够使用例如SiO2、Al2O3、MgF2、CeO2、TiO2、Ta2O5、Nb2O5、Y2O3、Tb2O3、ZnS、ZrO2等这样的通常的电介质利用蒸镀或溅射等这样的公知的方法来形成这样的反射防止层30。在此，使用例如Ta2O5、Nb2O5、SiO2等耐光性高的材料来形成反射防止层30，由此，即使入射光为高输出激光等这样的具有高的光密度的光，也能够在不根据这样的光进行劣化的情况下起到充分的效果。在此时，使反射防止层30为将例如Ta2O5、Nb2O5、SiO2等耐光性高的材料彼此层叠后的多层构造体，由此，能够实现更进一步的耐光性。关于这样的反射防止层30的膜厚，并不被特别限定，只要根据漫射板1的用途或入射的光的光密度等适当设定即可。
再有，在针对漫射板1形成反射防止层30时，在漫射板1的表面存在微透镜21的凹凸，因此，存在反射防止层30的膜厚在微透镜21的中央部和周缘部不同的可能性，因此，优选考虑该点来形成反射防止层30。此外，在微透镜21的中心部和周缘部中，入射光的入射角不同，因此，更优选进行使在设计中设想的角度范围取得比通常广等想方法。
＜关于单位单元的大小＞
在实际制造上述那样的微透镜阵列时，考虑制作转印用的光掩膜或金属模。在该情况下，通常地，使用利用激光或电子束的直接描画来进行微透镜21的形状的形成的情况较多，但是，为了减少制作的数据量，采取在上下左右重复由比较小的面积构成的单位单元3来进行阵列排列化而扩大到期望的尺寸的、所谓的分步重复（step-and-repeat）的手法的情况也多。当光入射到具有这样的阵列构造的构造时，产生由单位单元3内和单位单元3间的双重重复构造构成的2种衍射光分量。关于各个衍射角，单位单元3内的衍射角由透镜配置的间距决定，单位单元3间的衍射角由单位单元3的尺寸（大小）决定。
如以往已知那样，当对周期性的重复构造入射光时，产生衍射光。当将重复构造的间距（重复周期）设为p、将衍射次数（整数）设为m、将入射的光的波长设为λ时，通过以下的式101提供衍射角度θ。
【数式2】
Figure 603080DEST_PATH_IMAGE004
。
考虑由单位单元阵列造成的衍射角（单位单元3间的衍射角）。例如，在使单位单元的间距为700μm、使入射的光的波长为450nm时，根据上述（式101），1次衍射光（m=1的情况下的衍射光）的角度（半角）为0.03度。因此，即使在漫射板的漫射角（半角）为3度左右的情况下，也在漫射光中产生（3/0.03）2=104个衍射光。衍射光的强度随着衍射次数m为高次而急速降低（例如，在衍射次数m时，峰值强度为（2/π）m），因此，实际上，在漫射光中出现几十个左右的衍射峰值。在以下，将起因于这样的单位单元阵列的衍射光称为副衍射光。
另一方面，由微透镜阵列造成的衍射光的各个亮点（换言之，由在单位单元3内的衍射造成的衍射光的各个亮点）由于上述那样的由单位单元阵列造成的副衍射峰值而进一步离散地分离。因此，利用这样的副衍射光峰值来减少在漫射光中的亮点的明确度。
在此，由单位单元造成的衍射角非常小，因此，在本实施方式的漫射板1的实际使用上，副衍射分量的亮点不会成为问题。因此，能够通过使由单位单元3造成的副衍射光适当地产生来减少主衍射光的峰值强度。
副衍射光的强度由单位单元3与入射光的大小的关系决定。大体上在单位单元3比入射光大的情况下，不会产生起因于单位单元3的周期构造的副衍射光。在此，考虑入射光强度的分布图案中的半峰全宽，将这样的半峰全宽最小的方向的直径定义为图8所示那样的“入射光直径”，并且，使单位单元3为长方形或正方形等矩形状，将单位单元3的对角线的长度定义为“单位单元尺寸”。此时，如图8所示，只要单位单元尺寸比入射光直径小，则产生起因于单位单元3间的衍射的副衍射光，能够减少起因于透镜阵列的（换言之，起因于单位单元3内的衍射的）主衍射光的峰值强度。
在此，即使入射到漫射板1的光为从多个激光光源出射的光斑光（spot light）的集合体，也认为图8所示那样的入射光直径最大为3mm左右。因此，只要图8所示那样的单位单元尺寸为3mm以下，则针对怎样的激光光源都能够使用本实施方式的漫射板1。
如以上说明那样，本实施方式的微透镜阵列型的漫射板1由2个以上的单位单元3构成，各单位单元3具有由多个微透镜21构成的微透镜组20。此外，各单位单元3所包括的微透镜21针对阵列排列连续。进而，特征在于，至少光线入射部位2具有满足在以下详述那样的规定的条件的至少2个部分区域AR。由此，关于本实施方式的漫射板1，即使在入射了从例如如激光阵列光源那样可干涉性更高的光源出射的光线的情况下，也能够使漫射强度均匀。
＜关于各部分区域AR应满足的关系式＞
如之前言及那样，本实施方式的漫射板1的光线入射部位2具有平均漫射角度彼此不同的至少2个部分区域AR。关于这样的部分区域AR，例如如图2所示意性地示出那样，在光线入射部位2的中央部分定位第1部分区域AR1，以包围这样的第1部分区域AR1的方式定位平均漫射角度比第1部分区域小的第2部分区域AR2。
第1部分区域AR1和第2部分区域AR2的平均漫射角度彼此不同（更详细而言，第1部分区域AR1的平均漫射角度＞第2部分区域AR2的平均漫射角度的关系成立），但是，通过使构成各部分区域的单位单元3a、3b的平均曲率半径不同来实现这样的平均漫射角度的不同。
能够将透明基板10的折射率n、想要实现的漫射角的大小θ、微透镜21的间距p作为函数如以下的式103那样表示构成单位单元3的微透镜21的曲率半径R。
【数式3】
Figure 851659DEST_PATH_IMAGE006
。
而且，在本实施方式的漫射板1中，以与微透镜21的间距p有关的间距变化宽度Δp为首设定透镜顶点高度变化宽度Δh等各种变化容许宽度，其值被不规则化，因此，在由上述式103提供的微透镜21中曲率半径R也在某个曲率半径变化宽度ΔR的范围内不规则化，具有与曲率半径变化宽度ΔR对应的平均值。
以下，一边参照图9，一边说明构成第1部分区域AR1的单位单元3b的平均曲率半径和构成第2部分区域AR2的单位单元3a的平均曲率半径应满足的关系式。
如图9所示意性地示出那样，使从光源出射的光线入射到漫射板1，为了使漫射光的强度在离漫射板1隔离了期望的距离d的地方均匀，需要设定各部分区域的平均漫射角度，以使入射到第1部分区域AR1的来自光源a的光线的漫射角与入射到第2部分区域AR2的来自光源b的光线的漫射角不会完全重合。
此时，考虑来自光源b的光线b入射到漫射板1的第1部分区域AR1而来自光源a的光线a入射到第2部分区域AR2的情况。此时，当将构成第1部分区域AR1的单位单元3b的平均漫射角度设为θb、将构成第2部分区域AR2的单位单元3a的平均漫射角度设为θa时，该2个平均漫射角度θa、θb需要满足由以下的式201表示的关系式。
在此，从上述式103导出以下的式203，因此，以下所示的式201能够使用式203的关系如以下的式205那样变形。在此，在以下的式205中，Ra为构成第2部分区域AR2的单位单元3a的平均曲率半径，Rb为构成第1部分区域AR1的单位单元3b的平均曲率半径。
【数式4】
Figure 450131DEST_PATH_IMAGE008
。
在本实施方式的漫射板1中，透明基板10是共同的，此外，使微透镜21的平均间距p为固定，因此，从上述式205导出以下所示的式207。
【数式5】
Figure 733344DEST_PATH_IMAGE010
。
构成第1部分区域AR1的单位单元3b的平均曲率半径Rb和构成第2部分区域AR2的单位单元3a的平均曲率半径Ra满足由上述式207表示的关系式，由此，第1部分区域AR1的平均漫射角度θb与第2部分区域AR2的平均漫射角度θa不同。其结果是，来自如第1部分区域AR1和第2部分区域AR2那样彼此相邻的部分区域AR的漫射光不完全重合，即使在入射了从可干涉性更高的光源出射的光线的情况下，也能够使漫射强度均匀。
再有，由上述式207表示的关系式为某个部分区域AR（N）、（N≥2）和以与该部分区域AR（N）邻接的方式位于部分区域AR（N）的光线入射部位2的端部侧的部分区域AR（N+1）应满足的关系式，即使在部分区域的个数为3以上的情况下也成立。
＜关于各部分区域AR的大小＞
近年来，用作显示装置或投影装置或照明装置的光源的情况较多的激光阵列光源为将能够出射可干涉性高的激光光的激光二极管呈多个格子状排列后的光源，从这样的光源出射的光线为从各个激光二极管出射的光斑光的集合体。在以下，着眼于从这样的多个光源出射的光斑光的集合体入射到本实施方式的漫射板1的情况来进行说明。
在本实施方式的漫射板1的光线入射部位2中，例如如图10所示意性地示出那样，
以第1部分区域AR1的外周位于光斑光的集合体向漫射板1的投影区域（即，光线入射部位2）的内侧并且第2部分区域AR2的外周位于投影区域（光线入射部位2）的外侧的方式配置第1部分区域AR1和第2部分区域AR2是优选的。通过采用图10所示那样的配置，从而即使在入射了从可干涉性更高的光源出射的光线的情况下，也能够更可靠地使漫射强度均匀。
此外，在本实施方式的漫射板1的光线入射部位2中，第1部分区域AR1的面积相对于用作漫射板1的区域的面积为0.04%以上85%以下并且相对于光线入射部位2的面积为0.05%以上92%以下是优选的。通过使第1部分区域AR1的面积为上述的范围内，从而能够更进一步可靠地使漫射强度均匀。再有，上述的2种第1部分区域AR1的面积率是基于见解的面积率，所述见解通过本发明者一边各种变更第1部分区域AR1的面积、光线入射部位2的面积和用作漫射板1的区域的面积的组合一边对所实现的漫射板1的漫射特性进行验证并对得到的结果进行解析而得到。
此外，与图10所示那样的各部分区域AR的大小有关的关系在光线入射部位2中存在3个以上的部分区域AR的情况下也是同样的。在例如如图11所示那样在光线入射部位2中存在第1部分区域AR1~第3部分区域AR3的情况下，3个区域之中的至少一个区域的外周优选位于光斑光的集合体向漫射板1的投影区域（即，光线入射部位2）的外侧。
在此，关于在光线入射部位2中存在N+1（N≥2）个部分区域AR的情况下第几个部分区域AR的外周位于光线入射部位2的外侧，并不被特别限定，只要根据所求取的漫射光的强度的均匀度的程度适当决定即可。
以上，关于本实施方式的各部分区域AR的大小，详细地进行了说明。
再有，在上述说明中，着眼于由各部分区域AR的外周规定的形状为矩形的情况，但是，由各部分区域AR的外周规定的形状并不限定于矩形，也可以为多边形状，也可以为圆形状，也可以为楕圆形状，只要根据从着眼的光源出射的光线的集合体形成的投影形状适当决定即可。
此外，在图10或图11中，将以包围第1部分区域AR1的方式存在第2部分区域AR2此外以包围第2部分区域AR2的方式存在第3部分区域AR3的情况举出为例子，但是，各部分区域AR的配置状态并不限定于图10或图11所例示的配置状态。例如如图12所示那样，第1部分区域AR1和第2部分区域AR2邻接，以包围这些第1部分区域AR1和第2部分区域AR2的方式存在第3部分区域AR3也可。
以上，一边参照图1~图12一边对本实施方式的漫射板1详细地进行了说明。
（关于漫射板的设计方法）
接下来，对本实施方式的漫射板的设计方法简单地进行说明。
本实施方式的漫射板的设计方法是由位于透明基板10的表面的微透镜组构成的微透镜阵列型的漫射板的设计方法。
在本实施方式的漫射板的设计方法中，关于至少符合漫射板1中的光线入射部位2的微透镜组，由针对阵列排列为连续的2个以上的单位单元构成，并且，将单位单元3设计为由位于透明基板10的表面的多个微透镜21构成。
此时，如之前说明那样，使光线入射部位2具有至少2个部分区域AR，所述至少2个部分区域AR具有不同的平均漫射角度。更详细而言，关于具有不同的平均漫射角度的部分区域之中的第1部分区域AR1、以及以与第1部分区域AR1邻接的方式位于第1部分区域AR1的光线入射部位2的端部侧并且具有比第1部分区域AR1的平均漫射角度小的平均漫射角度的第2部分区域AR2，只要将构成各个区域的单位单元3a、3b的平均曲率半径设计为满足由上述式207表示的关系式即可。
在此，关于各单位单元3a、3b的更详细的设计方法，并不被特别限定，能够采用公知的设计方法，例如，能够采用上述专利文献1所公开那样的设计方法。
通过以上那样做来设计漫射板1的光线入射部位2的构造，从而能够设计本实施方式的漫射板1。
（关于漫射板的制造方法）
接下来，对本实施方式的漫射板的制造方法简单地进行说明。
关于本实施方式的漫射板1的制造方法，并不被特别限定，能够利用公知的方法来制造。例如，针对根据上述的设计方法而设计的漫射板1，能够应用各种干法蚀刻工艺。关于具体的制造方法，并不被特别限定，但是，能够利用例如上述专利文献1所公开的制造方法。
（漫射板的应用例）
接着，对本实施方式的漫射板1的应用例简单地进行说明。
以上说明那样的本实施方式的漫射板1能够针对为了实现其功能而需要使光漫射的装置适当安装。作为为了实现功能而需要使光漫射的装置，例如，能够举出各种显示器等显示装置或投影仪等投影装置。
此外，本实施方式的漫射板1还能够用于光整形的用途。进而，针对各种照明装置也能够应用本实施方式的漫射板1。
再有，关于为了实现功能而需要使光漫射的装置，并不限定于上述的例子，只要是利用光的漫射的装置，则针对其他的公知的装置也能够应用本实施方式的漫射板1。
【实施例】
接下来，一边示出实施例和比较例，一边对本发明的漫射板具体地进行说明。再有，以下所示的实施例到底只不过是本发明的漫射板的一个例子，本发明的漫射板不限定于下述的例子。
（实验例1）
在本实验例中，针对使用了光源以及具有第1部分区域AR1和第2部分区域AR2的漫射板1的光学系统，使用公知的模拟软件来对由漫射板得到的漫射光的强度分布进行了模拟。在这样的模拟中使用的软件是作为市售的照明设计模拟软件的Optic Studio（ZemaxLLC制）。
在图13中示出了进行了模拟的光学系统的概略图。如图13所示那样，在本模拟中，在离具有图14所示那样的结构的光源隔离了10mm的位置配置漫射板1，模拟了在离漫射板1隔离了50mm的位置处的漫射光的强度分布。
如图14所示意性地示出那样，着眼的光源为将能够出射直径8mm的光斑光（平行光）的光源以1mm间隔排列成4行×5列后的光源。利用这样的阵列状的光源，在漫射板1的入射面产生图14所示那样的光线入射部位2。
在图15中示意性地示出了在上述那样的模拟中使用的漫射板1和光线入射部位2的位置关系。如图15所示那样，在本实验例中，着眼于在漫射板1的中央部分设置具有平均漫射角度θb的第1部分区域AR1并且以包围第1部分区域AR1的方式设置具有平均漫射角度θa的第2部分区域AR2的情况。
第1部分区域AR1如图15所示意性地示出那样配置为与由4行5列构成的光源之中的中央部的2行3列重叠。这样的漫射板中的第1部分区域AR1为中央部的2mm×3mm的区域。此外，在本实验例中，使用半峰全宽（full width at half maximum）使第1部分区域AR1的平均漫射角度θb以9°固定。此时，1/Rb的值为0.004。
此外，第2部分区域AR2如图15所示意性地示出那样配置为与在光源的中央部的外周存在的光源重叠。这样的漫射板中的第2部分区域为5mm×6mm的区域之中除了符合第1部分区域AR1的中央部的2mm×3mm的区域之外的部分。
即，在本实验例中，第1部分区域AR1的面积（6mm2）为用作漫射板的区域的面积（30mm2）的20%，为光线入射部位2的面积（20mm2）的30%。此外，在本实验例中，构成各部分区域AR的单位单元3a、3b的对角线的长度分别为1.023mm。
在本实验例中，一边如以下的表1所示那样改变第2部分区域AR2的平均漫射角度θa（第2部分区域AR2的平均曲率半径Ra），一边对得到的漫射光的强度分布进行了模拟。在此，采用漫射板1的折射率n=1.48，使各个单位单元3a、3b中的微透镜21的平均间距p以82μm固定。
【表1】
Figure 696752DEST_PATH_IMAGE012
利用上述那样的模拟，能够得到例如图16所示那样的漫射光的强度分布图案。配合图17示出了上述表1所示的条件之中的θa=2~11°的情况下的漫射光的强度分布图案。再有，图17中的横轴对应于图16所示那样的强度分布图案的水平方向的距离（以强度分布图案的中央为原点。），图17中的纵轴示出了在纵向中央部切断图16所示那样的强度分布图案的情况下的强度。
如根据图17显而易见的那样，知晓了：在θa=2、3、4°的情况下不满足由上述式207表示的关系性而强度分布图案的峰值数目为2个的结果是，漫射光的强度不均匀。这认为是由第1部分区域AR1漫射的光和由第2部分区域AR2漫射的光互相彼此加强的结果。
另一方面，知晓了：在θa=5、6、7、8、9°的情况下，满足由上述式207表示的关系性并且强度分布图案的峰值数目为1个。
再有，在θa=10、11°的情况下，在图17中未图示，但是，虽然强度分布图案的峰值数目为1个，但是不满足由上述式207表示的关系性。
根据上述的验证，知晓了：满足用于判断为漫射强度均匀的2个条件之中的第1条件（峰值数目为1）的情况是θa=5、6、7、8、9°。
接着，针对用于判断为漫射强度均匀的与比率C有关的第2条件，配合表1示出了平均强度A和强度的偏差B的具体的值以及根据这些值得到的比率C。当使θa的值变化时，漫射光的强度分布的范围变化，在θa=2°时漫射范围最小，但是，为了也能够对θa=2°的情况进行评价，使在着眼于第2条件时作为基准的面积为中央的3mm×6mm=18mm2。此外，在本实验例的情况下，“具有与着眼的漫射板1相同的漫射角的、仅由1个部分区域AR构成的漫射板”为漫射角为9°的仅由1个部分区域AR构成的漫射板（即，编号8的样品）。
如根据上述表1所示的比率C的变化的情况显而易见的那样，知晓了：满足上述第1条件的样品之中的、比率C的值比编号8的样品中的比率C的值大的样品是θa=5、6、7、8°的样品。根据这样的结果，知晓了：符合本发明的实施例的编号4~编号7的样品（θa=5、6、7、8°的样品）均满足上述的2个条件，实现了均匀的漫射强度。
以上，一边参照附图一边对本发明的优选的实施方式详细地进行了说明，但是，本发明不限定于这样的例子。只要是具有本发明所属的技术领域中的通常的知识的人就能在权利要求书所记载的技术的思想的范畴内想到各种变更例或修正例是显而易见的，关于这些，理解为当然也属于本发明的技术的范围。
附图标记的说明
1 漫射板
2 光线入射部位
3、3a、3b 单位单元
10 透明基板
20 微透镜组
21 微透镜
AR 部分区域。

Claims (13)

1.一种漫射板，所述漫射板是由位于透明基板的表面的微透镜组构成的微透镜阵列型的漫射板，其中，
至少符合所述漫射板中的光线的入射部位的所述微透镜组由针对阵列排列为连续的2个以上的单位单元构成，所述单位单元由位于透明基板的表面的多个微透镜构成，
所述光线的入射部位具有至少2个区域，所述至少2个区域具有不同的平均漫射角度，
关于具有不同的平均漫射角度的所述区域之中的第1区域以及第2区域，构成各个区域的所述单位单元的平均曲率半径满足由以下的式（1）表示的关系式，所述第2区域以与所述第1区域邻接的方式与所述第1区域相比位于所述光线的入射部位的端部侧，并且所述第2区域具有比所述第1区域的平均漫射角度小的平均漫射角度，
【数式1】
Figure DEST_PATH_IMAGE001
在此，在上述式（1）中，
Ra：构成第2区域的单位单元的平均曲率半径
Rb：构成第1区域的单位单元的平均曲率半径
在所述第1区域和所述第2区域的内部中，在所述单位单元内设置的多个微透镜的布局图案沿该单位单元的排列方向连续，
在所述第1区域和所述第2区域之间，多个微透镜的布局图案沿该单位单元的排列方向连续，
所述第1区域位于所述光线的入射部位的中央部分，
所述第2区域位于包围所述第1区域的位置。
2.根据权利要求1所述的漫射板，其中，至少在所述光线的入射部位中，
彼此相邻的所述微透镜间的棱线彼此不平行并且不与所述透明基板平行，
各个所述微透镜的顶点的平面位置和高度位置以及所述微透镜间的棱线的配置被不规则化，以使抑制衍射现象。
3.根据权利要求1所述的漫射板，其中，
入射的光线为从多个光源出射的光斑光的集合体，
以所述第1区域的外周位于所述光斑光的集合体向所述漫射板的投影区域的内侧并且所述第2区域的外周位于所述投影区域的外侧的方式配置所述第1区域和所述第2区域。
4.根据权利要求1~3的任一项所述的漫射板，其中，
以与第N个区域邻接并且包围所述第N个区域的方式存在满足由所述式（1）表示的关系式的第（N+1）个区域，其中N≥2，
N+1个区域之中的至少一个区域的外周位于从多个光源出射的光斑光的集合体向所述漫射板的投影区域的外侧。
5.根据权利要求1~3的任一项所述的漫射板，其中，所述第1区域的面积相对于用作漫射板的区域的面积为0.04%以上85%以下，并且，相对于从多个光源出射的光斑光的集合体向所述漫射板的投影区域的面积为0.05%以上92%以下。
6.根据权利要求1~3的任一项所述的漫射板，其中，
入射的光线为从多个光源出射的光斑光的集合体，
所述单位单元具有比一个所述光斑光的面积大的面积。
7.根据权利要求1~3的任一项所述的漫射板，其中，所述单位单元的对角线的长度为3mm以下。
8.根据权利要求1~3的任一项所述的漫射板，其中，在所述微透镜的表面和所述透明基板的未配设所述微透镜组侧的表面具备反射防止层。
9.根据权利要求8所述的漫射板，其中，所述反射防止层为由Nb2O5和SiO2构成的多层构造体。
10.一种漫射板的设计方法，所述设计方法是由位于透明基板的表面的微透镜组构成的微透镜阵列型的漫射板的设计方法，其中，
使至少符合所述漫射板中的光线的入射部位的所述微透镜组由针对阵列排列为连续的2个以上的单位单元构成，并且，使所述单位单元由位于透明基板的表面的多个微透镜构成，之后，
使所述光线的入射部位具有至少2个区域，所述至少2个区域具有不同的平均漫射角度，
关于具有不同的平均漫射角度的所述区域之中的第1区域以及第2区域，将构成各个区域的所述单位单元的平均曲率半径设定为满足由以下的式（1）表示的关系式，所述第2区域以与所述第1区域邻接的方式与所述第1区域相比位于所述光线的入射部位的端部侧，并且所述第2区域具有比所述第1区域的平均漫射角度小的平均漫射角度，
【数式2】
Figure DEST_PATH_IMAGE002
在此，在上述式（1）中，
Ra：构成第2区域的单位单元的平均曲率半径
Rb：构成第1区域的单位单元的平均曲率半径
在所述第1区域和所述第2区域的内部中，在所述单位单元内设置的多个微透镜的布局图案沿该单位单元的排列方向连续，
在所述第1区域和所述第2区域之间，多个微透镜的布局图案沿该单位单元的排列方向连续，
所述第1区域位于所述光线的入射部位的中央部分，
所述第2区域位于包围所述第1区域的位置。
11.一种显示装置，其中，具备根据权利要求1~9的任一项所述的漫射板。
12.一种投影装置，其中，具备根据权利要求1~9的任一项所述的漫射板。
13.一种照明装置，其中，具备根据权利要求1~9的任一项所述的漫射板。
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