JP2000155201A - レンズアレイ基板、その製造方法及び反射型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マイクロレンズアレイの各レンズの焦点距離
をそれぞれ異ならせることにより、マイクロレンズアレ
イの焦点面を自由に設計できるようにする。 【解決手段】 ベースガラス基板２の上に紫外線硬化型
樹脂を供給し、スタンパで型押ししてマイクロレンズア
レイ４を形成し、紫外線照射により紫外線硬化型樹脂を
硬化させてレンズ樹脂層６を形成する。レンズ樹脂層６
の上に屈折率の異なる紫外線硬化型樹脂を供給し、カバ
ーガラス基板３で押圧させ、紫外線照射により紫外線硬
化型樹脂を硬化させてレンズ樹脂層８を形成する。上記
スタンパ表面には個々のレンズの曲率を個別に変化させ
たレンズパターンが形成されており、その反転パターン
をマイクロレンズアレイ４に転写させることで個々のレ
ンズの曲率を変化させ焦点距離を任意の面に合わせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレンズアレイ基板、
その製造方法及び反射型画像表示装置に関する。特に、
異なる焦点距離のレンズを配列したマイクロレンズアレ
イ基板と、その製造方法及び当該マイクロレンズ基板を
用いた反射型画像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の反射型画像表示装置にあっては、
光を画素ごとに集光するためのレンズとして、複数の微
細なレンズの配列からなるマイクロレンズアレイが用い
られている。このマイクロレンズアレイはマイクロレン
ズアレイ基板内に形成されている。図１６にもとづい
て、従来のマイクロレンズアレイ基板４０の構造を説明
する。マイクロレンズアレイ基板４０はガラス薄板から
なるレンズ基板４１にエッチングされた凹部内に高屈折
率樹脂４３を充填することで構成されている。このレン
ズ基板４１と高屈折率樹脂４３との界面に複数のレンズ
パターン４２ａによりマイクロレンズアレイ４２が形成
されている。個々のレンズパターン４２ａのレンズ径及
び曲率は全て同一である。

【０００３】（従来のマイクロレンズアレイ基板の製造
方法）上記のマイクロレンズアレイ基板４０の従来の製
造方法を図１７にもとづいて説明する。まず、図１７
（ａ）に示すような所定の厚みのレンズ基板４１を準備
し、図１７（ｂ）のように、レンズパターン４２ａと同
じピッチで開口４４をあけられたマスク４５をレンズ基
板４１の表面に形成する。ついで、図１７（ｃ）に示す
ように、マスク４５の開口４４を通してレンズ基板４１
の表面に等方性エッチング処理を行なうことにより、レ
ンズパターン４２ａを凹状に形成する。そして、マスク
４５を除去した後、上記レンズパターン４２ａの凹部に
それぞれ、図１７（ｄ）のように高屈折率樹脂４３を充
填し、レンズ基板４１と高屈折率樹脂４３との界面にお
けるレンズパターン４２ａにてマイクロレンズアレイ４
２を形成する。

【０００４】上記の方法で得られるマイクロレンズアレ
イ基板４０は各レンズの焦点距離が、すべて等しいもの
である。その理由は、レンズ基板４１全面にわたって一
様な等方性エッチング処理がなされるため、得られる各
レンズの曲率はすべて同一になるからである。

【０００５】そこで、本発明の発明者らは、各レンズの
曲率を任意に変えることを目的に、図１８（ａ）〜図１
９（ｆ）のようにレンズ１つずつについて、若しくは一
列ずつについて別々にエッチング処理し、その時間を順
次増加させながらそれぞれのレンズパターン４６ａ，４
６ｂ，…を形成する方法を試みた。この方法では、図１
８（ａ）のレンズ基板４１の表面に１つの開口４４を有
するマスク４５を形成し［図１８（ｂ）］、この開口４
４を通してレンズ基板４１をエッチングすることによっ
てレンズパターン４６ａを形成する［図１８（ｃ）］。
ついで、最初のマスク４５を除去した後、レンズ基板４
１の表面にレンズパターン４６ａと隣接する位置に開口
４４をあけたマスク４５を形成し［図１８（ｄ）］、こ
の開口４４を通してレンズ基板４１をエッチングするこ
とにより、レンズパターン４６ａと隣接する位置に深さ
の異なるレンズパターン４６ｂを形成する［図１８
（ｅ）］。このような工程を繰り返すことにより、深さ
の異なる多数のレンズパターン４６ａ，４６ｂ，…をレ
ンズ基板４１の表面に形成した後、レンズパターン４６
ａ，４６ｂ，…内に高屈折率樹脂４３を充填して図１８
（ｆ）に示すようにマイクロレンズアレイ基板４０を得
る。

【０００６】しかしながら、このようにエッチング時間
を各レンズ毎に個別に調整する方法においても、各レン
ズの曲率を各レンズパターン４６ａ，４６ｂ，…毎に任
意に変えることができず、全てのレンズの曲率は、ほぼ
一定であった。しかも、この方法では、図１９（ｆ）の
ように、エッチング時間の増加に伴い各レンズ径が順次
拡大することを回避できなかった。画像表示装置でマイ
クロレンズアレイを使用する場合、各レンズの中心を各
画素の中心に一致させるためには各レンズの径を等しく
しなければならず、また均一な解像度を得るためにも各
レンズの径を等しくしなければならないため、このよう
な各レンズ毎に異なるレンズ径を有するマイクロレンズ
アレイ４６は使用できないことが分かった。

【０００７】一方、従来の反射型画像表示装置として、
図２０に示す構成の装置がある。この反射型画像表示装
置５０においては、白色光源５１から照射された白色光
Ｗ及び球面鏡５２で反射された白色光Ｗは集光レンズ５
３にて集光され、集光レンズ５３の焦点付近を通過する
ように配置された赤、青、緑のフィルタを有する円板状
のカラーフィルタ板５４を回転させることによって赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光束に時分割的に分光さ
れた後、レンズ５５によって平行光に変換され、デジタ
ルミラーデバイス（以下ＤＭＤと略記する）５６に向か
って照射される。ＤＭＤ５６は各画素に対応して微細な
マイクロミラーを配列したものであって、ＤＭＤ５６に
入射した赤、緑、青のそれぞれの光束は、カラーフィル
タ板５４の回転と同期して動作させるＤＭＤ５６のマイ
クロミラーによって、画像表示に必要な光束はプロジェ
クションレンズ５７に、画像表示に必要でない光束は光
アブソーバ５９に向けて反射される。その後、画像表示
に必要な光束は、プロジェクションレンズ５７によって
スクリーン５８に向けて投影され拡大された画像とな
る。一方、画像表示に必要でない光束は光アブソーバ５
９によって散乱することなく吸収される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
マイクロレンズアレイ基板では、マイクロレンズアレイ
を構成する各レンズの焦点距離は全て同一であり、各レ
ンズ毎に個別に変えることができないため、各レンズの
焦点位置はマイクロレンズアレイと平行になり、ＤＭＤ
と平行な平面上に形成することができなかった。

【０００９】また、従来の反射型画像表示装置のよう
に、マトリクス状に配列されたＤＭＤのマイクロミラー
による平行光の反射方向を制御する方式では、平行光は
隣り合うマイクロミラーの隙間にも進入し、平行光をＤ
ＭＤで１００％反射させることができないため、光の利
用効率が悪く、画像が暗くなる原因となっていた。さら
に、マイクロミラーの隙間に進入した平行光の一部が、
前記隙間内で乱反射した後、プロジェクションレンズの
方向に迷光することにより、スクリーン上の投影画像を
汚す問題もあった。

【００１０】本発明は上述の技術的問題点を解決するた
めになされたものであり、その目的とするところは、レ
ンズ毎に焦点距離の異なるレンズアレイを容易に製造で
き、また、前記レンズアレイによって、表示が明るく鮮
明な反射型画像表示装置を安価に提供することにある。

【００１１】

【発明の開示】請求項１に記載のレンズアレイ基板は、
複数のレンズを配列したレンズアレイ基板において、前
記各レンズの焦点位置が、基板面と平行でない平面もし
くは曲面の上にあるものである。

【００１２】従来のレンズアレイ基板では、各レンズの
焦点を含む面が基板面と平行な面内にあるものに限られ
ていたが、本発明のレンズ基板では、各レンズの焦点を
含む面を自由に設計することができ、結像面などを任意
に設計できるようになった。

【００１３】請求項２に記載のレンズアレイ基板は、複
数のレンズを配列したレンズアレイ基板において、前記
各レンズのうち少なくとも一部のレンズの曲率が他のレ
ンズの曲率と異なったものである。

【００１４】従来のレンズアレイ基板は、すべてのレン
ズの曲率が同一であったが、本発明のレンズアレイ基板
では、レンズ毎に焦点距離を変えることができる。よっ
て、このレンズアレイ基板でも、各レンズの焦点を含む
面を自由に設計することができ、結像面などを任意に設
計できるようになった。

【００１５】なお、請求項１又は２のレンズアレイ基板
は、屈折率の異なる２種の透明樹脂間の界面により形成
されたレンズでもよく、樹脂の表面（樹脂と空気との界
面）によって形成されたレンズでもよい。

【００１６】請求項３に記載の実施態様は、請求項１又
は２に記載のレンズアレイ基板において、前記レンズ
は、その入光面に反射防止膜を備えているものである。

【００１７】請求項３に記載の実施態様によれば、反射
防止膜によりレンズアレイ基板に入射する光の反射を防
止することができ、光の利用効率を向上させることがで
きる。

【００１８】請求項４に記載のレンズアレイ基板の製造
方法は、複数のレンズ反転パターンを備え、少なくとも
一部のレンズ反転パターンの曲率が他のレンズ反転パタ
ーンの曲率と異なっている成形型と基板との間に未硬化
のエネルギー硬化型樹脂を挟み込んで型押しし、当該樹
脂をエネルギー硬化反応させることによって当該樹脂を
硬化させることを特徴としている。ここで、エネルギー
硬化型樹脂とは、可視光線硬化型樹脂、赤外線硬化型樹
脂、電子線硬化型樹脂、熱硬化型樹脂、湿気硬化型樹脂
等である。

【００１９】請求項４に記載のレンズアレイ基板の製造
方法によれば、成形型に曲率の異なるレンズ反転パター
ンを形成しておくことにより、成形型による型押しで曲
率の異なるレンズを備えたレンズアレイ基板を容易に量
産することができる。

【００２０】請求項５に記載の反射型画像表示装置は、
入射光を各画素毎に選択的に反射する反射型表示素子
と、前記各画素に対応する複数のレンズを配列した請求
項１、２又は３に記載のレンズアレイ基板とを備えたも
のである。

【００２１】請求項５に記載の反射型画像表示装置によ
れば、前記レンズアレイ基板と前記反射型表示素子を用
いることにより、平行光をレンズアレイ基板によって集
光させ反射型表示素子の各画素に集光させることができ
る。よって、各画素外へ入射する光を減少させ、あるい
は無くすことができ、光の利用効率を向上させて明るい
表示画像を得ることができる。また、画素外へ入射した
光の反射による迷光もなくなるので、画像のにじみ等も
小さくできる。

【００２２】さらに、反射型の画像表示装置では、マイ
クロレンズアレイと反射型表示素子とが平行でないた
め、反射型表示素子で反射する際に各画素位置毎に、各
光線の集光位置からスクリーンまでの光路長が異なり、
画像全体をスクリーンに結像させられなく。しかし、本
発明の画像表示装置では、各画素に対応するレンズ毎に
焦点距離を異ならせることができるので、各画素に入射
する光の集光位置とスクリーンまでの光路長を均一にで
き、明瞭な画像を得ることが可能になる。

【００２３】請求項６に記載の実施態様は、請求項５に
記載の画像表示装置において、前記反射型表示素子と前
記レンズアレイ基板とが平行でないことを特徴とするも
のである。

【００２４】本発明の画像表示装置では、レンズアレイ
基板を透過した光を任意の面上に集光させることができ
るので、上記のようにレンズアレイ基板と反射型表示素
子とを非平行に配置しても反射型画像表示装置において
鮮明な画像を得ることができるようになり、レンズアレ
イ基板に妨げられることなくスクリーン等に画像を投影
させることができるようになる。

【００２５】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図１は本発明
によるマイクロレンズアレイ基板１の構造を示してお
り、その構造は以下の通りである。このマイクロレンズ
アレイ基板１はベースガラス基板２、カバーガラス基板
３の間に屈折率の異なる２層の透明なレンズ樹脂層６、
８を挟み込んだものであり、レンズ樹脂層６、８の界面
は異なる曲率を有するレンズパターン４ａ，４ｂ，…の
配列にて形成されており、前記レンズパターン４ａ，４
ｂ，…によってマイクロレンズアレイ４が形成されてい
る。前記レンズパターン４ａ，４ｂ，…の個々のレンズ
の曲率を変えることによって、各レンズの焦点距離を個
別に変えて、予め設定された平面上若しくは曲面上に焦
点を揃えることが可能である。また、レンズ樹脂層６及
びレンズ樹脂層８の外側にベースガラス基板２及びカバ
ーガラス基板３を配している構造から前記ベースガラス
基板２及びカバーガラス基板３によってレンズ樹脂層６
及びレンズ樹脂層８は保護されている。

【００２６】（本発明のマイクロレンズアレイ基板の製
造方法）次に、本発明のマイクロレンズアレイ基板１の
製造方法の詳細を以下に説明する。これは、ガラス基板
にレーザー加工を施すことで原盤を作製し、前記原盤か
らニッケル電鋳法によってニッケルマスタ及びスタンパ
を順次作製し、前記スタンパによって未硬化の樹脂を押
圧し硬化させることでマイクロレンズアレイ基板１を形
成していく方法である。

【００２７】まず、マイクロレンズアレイ４の原盤の複
製となる、スタンパの製造方法を図２を参照しながら説
明する。まず、図２（ａ）に示すような平板状のガラス
板１０を用意し、図３に示すようにガラス板１０の表面
に、結像レンズ１１で集光させたレーザー光を照射し、
レーザー加工（レーザーリトグラフィ）により２点鎖線
で示す形状にガラス板１０を蒸発除去し、ガラス板１０
の表面に所望の凹凸パターン１２ａ，１２ｂ，…を形成
する［図２（ｂ）］。ここで、上記凹凸パターン１２
ａ，１２ｂ，…とは、任意の平面又は曲面上に各レンズ
の焦点位置を合せるため、各レンズ面の曲率を個別に変
えたマイクロレンズアレイ４のレンズ面の形状と同一で
ある。前記レーザー加工は、コンピュータにより制御さ
れているレーザー加工装置を用いて行ない、精密かつ複
雑な形状であってもその形状データを入力しておけば、
容易に加工することができる。

【００２８】このように、ガラス板１０の表面に凹凸パ
ターン１２ａ，１２ｂ，…を形成してガラス板１０から
なる原盤１３を作製した後、原盤１３の上にニッケルを
堆積させ、ニッケル電鋳法により原盤１３の反転型であ
るニッケルマスタ１４を作製し［図２（ｃ）］、ニッケ
ルマスタ１４を原盤１３から剥離する［図２（ｄ）］。
ニッケル電鋳法によりニッケルマスタ１４を作製する際
には、その準備として原盤１３を例えば蒸着法あるいは
無電解メッキ法で導電化しておき、導電化された原盤１
３の表面を陰極とし、例えばスルファミン酸ニッケル浴
で電気メッキしてニッケルマスタ１４を作製する。

【００２９】このニッケルマスタ１４をさらにニッケル
電鋳法で複製したものをスタンパ１５（原盤１３の複
製）とする。ニッケルマスタ１４を複製する場合には、
ニッケルマスタ１４の表面に例えば重クロム酸カリ溶液
で酸化膜を作った後、再びニッケル電鋳法により再度凸
凹パターンが反転したスタンパ１５を作製する［図２
（ｅ）］。こうして、スタンパ１５には、前記凹凸パタ
ーン１２ａ，１２ｂ，…と同一の反転パターン１７ａ，
１７ｂ，…が形成される。

【００３０】また、スタンパ１５を作製する別な方法と
しては、図４（ａ）〜（ｅ）に示すように、ガラス板１
０の表面に塗布されたレジスト１６をレーザー加工する
ことによって原盤１３を作製してもよい。レジスト１６
を使用する場合には、ガラス板１０とレジスト１６の密
着剤として、例えばシランカップリング剤をガラス板１
０の表面に塗布しておき、レーザー加工した後、露光、
現像及び洗浄の工程を経て、レジスト１６による所望の
凹凸パターン１２がガラス板１０の表面に形成される
［図４（ａ）（ｂ）］。レーザー加工は、図３と同様に
行なわれ、各レンズの曲率を個別に変えた所望の凹凸パ
ターン１２ａ，１２ｂ，…が形成される。この後の処理
は、図２（ｃ）以下と同様に行う［図４（ｃ）〜
（ｅ）］。

【００３１】つぎに、上記スタンパ１５を用いた、マイ
クロレンズアレイ基板１の製造方法を図５（ａ）〜図６
（ｆ）により説明する。これは、紫外線照射により硬化
する紫外線硬化型樹脂を用いた、いわゆる２Ｐ（Photo-
Polymerization）法により、ベースガラス基板２とカバ
ーガラス３の間にマイクロレンズアレイ４を成形する方
法である。

【００３２】まず、図５（ａ）に示すように、透明なベ
ースガラス基板２の上に流動性のある透明な紫外線硬化
型樹脂５を供給した後、紫外線硬化型樹脂５の上からベ
ースガラス基板２へ向けてスタンパ１５を降下させる。
このスタンパ１５の下面には、前記反転パターン１７
ａ，１７ｂ，…が形成されている。このスタンパ１５を
ベースガラス基板２に十分に押し付けてスタンパ１５と
ベースガラス基板２の間に紫外線硬化型樹脂５を挟み込
み、紫外線硬化型樹脂５をスタンパ１５とベースガラス
基板２の間に押し広げてスタンパ１５の反転パターン１
７ａ，１７ｂ，…で紫外線硬化型樹脂５を型押しした
後、そのままの状態を保持し、ベースガラス基板２を通
して紫外線硬化型樹脂５に紫外線ランプ等によって紫外
線（ＵＶ光）を照射する［図５（ｂ）］。

【００３３】紫外線を照射された紫外線硬化型樹脂５
は、紫外線を浴びると硬化反応を起こして硬化するの
で、紫外線硬化型樹脂５にスタンパ１５の反転パターン
１７ａ，１７ｂ，…が転写成形される。スタンパ１５を
上昇させて紫外線硬化型樹脂５から分離すると、硬化し
た紫外線硬化型樹脂５によってベースガラス基板２の上
にレンズ樹脂層６が成形されると共に当該レンズ樹脂層
６の表面にレンズパターン４ａ，４ｂ，…からなるマイ
クロレンズアレイ４のパターンが成形される［図５
（ｃ）］。尚、紫外線硬化型樹脂５はレンズ樹脂層６全
域にわたって均一な屈折率を有している。

【００３４】さらに、ベースガラス基板２の入光面に、
反射防止膜をスパッタリングにて形成する（図示せ
ず）。上記の反射防止膜によって、レンズに入射する光
の反射を防止することができ、光の利用効率を向上させ
ることができる。そして、硬化したレンズ樹脂層６の上
に、レンズ樹脂層６とは屈折率が異なり流動性のある透
明な紫外線硬化型樹脂７を供給した後、紫外線硬化型樹
脂７の上からレンズ樹脂層６へ向けてカバーガラス基板
３を真っ直ぐに降下させる［図６（ｄ）］。このカバー
ガラス基板３をレンズ樹脂層６に十分に押し付けてカバ
ーガラス基板３とレンズ樹脂層６の間に紫外線硬化型樹
脂７を挟み込み、カバーガラス基板３で紫外線硬化型樹
脂７の表面を平らにならして紫外線硬化型樹脂７をカバ
ーガラス基板３とレンズ樹脂層６の間に押し広げた後、
そのままの状態を保持し、ベースガラス基板２及びレン
ズ樹脂層６を通して紫外線硬化型樹脂７に紫外線ランプ
等によって紫外線（ＵＶ光）を照射する［図６
（ｅ）］。

【００３５】紫外線を照射された紫外線硬化型樹脂７
は、紫外線を浴びると硬化反応を起こして硬化する。こ
の結果、紫外線硬化型樹脂７によってレンズ樹脂層６と
カバーガラス基板３の間にレンズ樹脂層８が成形される
と共にレンズ樹脂層６とレンズ樹脂層８の界面にマイク
ロレンズアレイ４が成形される［図６（ｆ）］。尚、紫
外線硬化型樹脂７はレンズ樹脂層８全域にわたって均一
な屈折率を有している。

【００３６】このようにスタンパ１５による２Ｐ法は、
型となるスタンパ１５さえ作製すればその後は、紫外線
硬化型樹脂５及び７の滴下、押圧及び硬化を繰り返せ
ば、マイクロレンズアレイ基板１を得ることができるた
め、少ない工数で容易にマイクロレンズアレイ基板１を
製作することができる。

【００３７】また、２Ｐ法によりマイクロレンズアレイ
基板１を作製すれば、レンズ毎に焦点距離又は曲率が異
なり、レンズ径が均一なマイクロレンズアレイ基板を容
易に製造することができる。

【００３８】ここでは、樹脂として紫外線硬化型樹脂５
及び７を使用したが、レンズを形成する機能上、屈折率
が適性であれば特に制限はなく、未硬化状態から硬化
し、透光性を有するエネルギー硬化型樹脂であればよ
い。このようなエネルギー硬化型樹脂の例としては、可
視光線硬化型樹脂、赤外線硬化型樹脂、電子線硬化型樹
脂、熱硬化型樹脂、湿気硬化型樹脂等がある。

【００３９】また、マイクロレンズアレイ４のレンズ配
列はＤＭＤ２６のマイクロミラーの配置に応じて、図７
のように、正６角形のレンズを蜂の巣状に配置させたも
のであってもいいし、図８のように、長方形のレンズを
ストライプ状に配置させたシリンドリカルレンズアレイ
であってもよい。

【００４０】（本発明の反射型画像表示装置）図９は本
発明の一実施形態による反射型画像表示装置２０の概略
構成図である。白色光源２１、球面鏡２２及びコンデン
サレンズ２３からなる光源部と、ダイクロイックミラー
２４Ｒ、２４Ｇ、２４Ｂ及びマイクロレンズアレイ４か
らなる分光部と、ＤＭＤ２６、プロジェクションレンズ
２７及び光アブソーバ２９からなる表示部で構成されて
いる。ここで、上記マイクロレンズアレイ４はマイクロ
レンズアレイ基板１内に構成されたものであり、上記マ
イクロレンズアレイである。尚、図９において画像を左
右対称に表示させるため、ＤＭＤ２６、プロジェクショ
ンレンズ２７及びスクリーン２８は互いに平行に配置さ
れている。

【００４１】次に図９の反射型画像表示装置２０の各部
の動作について順を追って説明する。まず、白色光源２
１より照射された白色光Ｗ、及び球面鏡２２で反射され
た白色光Ｗはコンデンサレンズ２３によって平行光に変
換された後、ダイクロイックミラー２４Ｒ、２４Ｇ、２
４Ｂに入射する。

【００４２】３枚のダイクロイックミラー２４Ｒ、２４
Ｇ、２４Ｂは、それぞれ赤、緑、青の波長域の光を反射
させるものであって、図１０に示すように、白色光源２
に近い側から順にダイクロイックミラー２４Ｒ、２４
Ｇ、２４Ｂがそれぞれ角度θだけずらして扇型に配置さ
れている。しかして、３枚のダイクロイックミラー２４
Ｒ、２４Ｇ、２４Ｂに入射した白色光Ｗは、ダイクロ
イックミラー２４Ｒで反射される赤の光線、ダイクロ
イックミラー２４Ｒを通過し、ダイクロイックミラー２
４Ｇで反射され、再度ダイクロイックミラー２４Ｒを通
過して得られる緑の光線、ダイクロイックミラー２４
Ｒ、２４Ｇを通過し、ダイクロイックミラー２４Ｂで反
射され、再度ダイクロイックミラー２４Ｇ、２４Ｒを通
過して得られる青の光線の３光線に分けられる。このと
き、緑の光線は赤の光線に対して進行方向が２θの角度
だけ傾いて出射し、青の光線は緑の光線に対して進行方
向が２θの角度だけ傾いて出射される（図１０）。

【００４３】ダイクロイックミラー２４Ｒ、２４Ｇ、２
４Ｂにより分割された赤、緑、青の各平行光は、本発明
に係るマイクロレンズアレイ４にそれぞれ２θずつ傾い
た角度で入射し、マイクロレンズアレイ４の各レンズご
とに、それぞれ赤、緑、青の光束として集光され、それ
ぞれの焦点で一度収束した後わずかに発散しながらＤＭ
Ｄ２６のマイクロミラー面へ照射される（図１２、図１
３参照）。

【００４４】ここで、ＤＭＤ２６とは、マイクロマシニ
ング技術を用いることにより、Ｓｉ基板３１上に多数の
微細なマイクロミラー３２を配列させた光学素子であ
る。このＤＭＤの１画素分の構造を図１１に示す。Ｓｉ
基板３１の上面には一対の支持部３３が設けられてお
り、Ｓｉ基板３１の表面においてトーションヒンジ３４
の両端が支持部３３によって支持されている。トーショ
ンヒンジ３４には、ヨーク３５の中央部が取り付けられ
ており、ヨーク３５の中心に立てられた柱部３６の上端
にマイクロミラー３２が形成されている。Ｓｉ基板３１
の上面には、静電気等の電気磁気的な力によってヨーク
３５に駆動力を及ぼしてトーションヒンジ３４を捩らせ
ながらヨーク３５の傾きを調整することにより、マイク
ロミラー３２の角度を制御するためのミラー駆動手段
（図示せず）が設けられている。こうしてヨーク３５を
傾けることにより、マイクロミラー３２の角度を２方向
に変化させることができ、マイクロミラー３２に光を照
射していると、反射光の方向を自由に制御することがで
きる。

【００４５】前記の通り、ＤＭＤ２６は反射光の方向を
自由に制御することができるから、マイクロレンズアレ
イ４から照射された赤、緑、青の各光束のうち画像表示
に必要な光束はプロジェクションレンズ２７に向かって
反射させ、画像表示に必要でない光束は光アブソーバ２
９に向かって反射させる。個々のマイクロミラー３２で
反射された画素毎の光線は、プロジェクションレンズ２
７によりスクリーン２８上に結像される。また、ＤＭＤ
２６の全体でスクリーン上に形成される画像は、図９に
示すようにプロジェクションレンズ２７によってスクリ
ーン２８上に拡大投影される。一方、光アブソーバ２９
に向かって反射させた光束は、光アブソーバ２９によっ
て散乱することなく吸収される。

【００４６】本実施形態の反射型画像表示装置では、ダ
イクロイックミラー２４Ｒ、２４Ｇ、２４Ｂによって反
射された赤、緑、青の各平行光はマイクロレンズアレイ
４によって集光され、全てＤＭＤ２６のマイクロミラー
３２に向かって照射させている。本実施形態ではマイク
ロレンズアレイ４にて集光した全光束をマイクロミラー
３２の隙間に進入させることなく、マイクロミラー３２
に１００％入射させることで、光の利用効率を向上させ
ている。また、前記マイクロミラー３２の隙間に進入し
た光が前記隙間内で乱反射した後、プロジェクションレ
ンズ２７の方向に迷光することでスクリーン２８上の投
影画像を汚す問題も発生しないため美しい表示画像が得
られる。

【００４７】しかしながら、このような反射型画像表示
装置において、図１６に示した構造の従来のマイクロレ
ンズアレイ基板４０を使用した場合、以下の問題があ
る。すなわち、マイクロレンズアレイ４２の各レンズの
焦点距離は等しいために、図２１において、各レンズを
透過した光束は、マイクロレンズアレイ基板４０に平行
な面でそれぞれ収束する（Ｋ１、Ｋ２及びＫ３）。この
ような場合、各焦点Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３と対応する各ＤＭ
Ｄ２６との距離Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３はそれぞれ異なるた
め、焦点Ｋ１、Ｋ２及びＫ３からスクリーン２８までの
光学的距離も一致しなくなり、ＤＭＤ２６にて反射させ
た後プロジェクションレンズ２７を透過させる全ての光
束をスクリーン２８上で収束させることはできない。そ
の結果、スクリーン２８に投影された像にぼやけが発生
して鮮明な画像を得ることができなかった。尚、図２１
では緑の光束のみを図示しているが、赤の光束及び青の
光束についても同様である。

【００４８】本発明のマイクロレンズアレイ基板１を使
用すれば、各レンズを異なる任意の曲率で形成すること
ができるため、ＤＭＤ２６に平行な面３７上に各レンズ
の焦点を揃えることができる（図１２）。こうしてＤＭ
Ｄ２６に平行な面３７上にマイクロレンズアレイ基板１
の各レンズの焦点Ｓ１、Ｓ２及びＳ３等を合致させれ
ば、各焦点からスクリーンまでの光学的距離は等しくな
り、ＤＭＤ２６にて反射させた後プロジェクションレン
ズ２７を透過させる全ての光束をスクリーン２８上で収
束させることで鮮明な画像を得ることができる。本発明
のマイクロレンズアレイ基板１の各レンズによって集光
された各光束が、それぞれのレンズの焦点で一度収束し
た後、発散しながらＤＭＤ２６のマイクロミラー３２に
よってプロジェクションレンズ２７に向かって反射され
る様子を図１２に示す。その後、上記のように、プロジ
ェクションレンズ２７によって、再び集光しスクリーン
２８上に収束させる（図示せず）ことで明るく鮮明な表
示画像を得ることができる。

【００４９】尚、図１２においては、図１０のダイクロ
イックミラー２４Ｇから反射した緑の平行光のみ図示し
たが、赤の平行光Ｒ、青の平行光Ｂについても以下、図
１３に示すように同様である。図１３は、緑の平行光Ｇ
の進行方向に対して角度が２θ及び−２θだけ傾いた方
向に赤の平行光Ｒ及び青の平行光Ｂ（図１０参照）がマ
イクロレンズアレイ４の各レンズに入射して収束させら
れる。この色の異なる光束Ｒ、Ｇ、Ｂ毎の焦点位置も各
色の光束の波長の違いによる焦点距離の違い（色収差）
を利用すれば、ＤＭＤ２６と平行となるようにすること
ができる。

【００５０】（第２の実施形態）図１４は本発明の別な
実施形態による反射型画像表示装置２８の構成を示す概
略図である。この実施形態において用いられているＤＭ
Ｄ２６にあっては、凹曲面上に多数のマイクロミラー３
２を配置してあり、各マイクロミラー３２も凹面鏡又は
凸面鏡によって構成されている。しかして、ＤＭＤ２６
全体（マイクロミラー３２の集合）によって形成される
凹面鏡によってＤＭＤ２６の画像をスクリーン上に拡大
投影するようになっている。

【００５１】また、各マイクロミラー３２は、マイクロ
ミラー３２に入射した各色の光束をスクリーン上に結像
させるように焦点距離を設計されている。すなわち、マ
イクロレンズアレイ４の各レンズによって集光され、一
度収束した光束はわずかに発散しながらマイクロミラー
３２に入射し、マイクロミラー３２によって反射する
際、マイクロミラー３２によって収束され、スクリーン
上に結像される。

【００５２】よって、この実施形態では、プロジェクシ
ョンレンズを用いることなく鮮明な画像を得ることがで
きる。このときマイクロレンズアレイ４の各レンズとＤ
ＭＤ２６のそれぞれのレンズに対応する各マイクロミラ
ー３２との中点に各レンズの焦点を設定すればよい。そ
の理由は、ＤＭＤ２６の各マイクロミラー３２に照射さ
れる各光束のスポット径を揃えることができるからであ
る。尚、各マイクロミラー３２の曲率は、スクリーン２
８に照射する各光束のスポット径に合わせて設定すれば
いい。

【００５３】また、ここで用いるＤＭＤ２６は、図１５
（ａ）に示すような凸曲面上に多数のマイクロミラー２
６を配置したものでもよい。さらには、図１５（ｂ）に
示すように、３次元曲面上に多数のマイクロミラー２６
を配列したＤＭＤ２６を用いてもよい。

【００５４】このように、本発明によれば、マイクロレ
ンズアレイ４をＤＭＤ２６と組み合わせて反射型映像表
示装置を製作するとき、マイクロレンズアレイ４の各レ
ンズの曲率を任意に変えることで、任意に配置されたＤ
ＭＤ２６のマイクロミラー３２面に焦点位置を合せるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のマイクロレンズアレイの構造を示す断
面図である。

【図２】（ａ）〜（ｅ）はマイクロレンズアレイのパタ
ーンを成形するためのスタンパの製造方法を説明する図
である。

【図３】ガラス板をレーザー加工する様子を示す図であ
る。

【図４】（ａ）〜（ｅ）はマイクロレンズアレイのパタ
ーンを成形するためのスタンパの別な製造方法を説明す
る図である。

【図５】（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明のマイクロレンズ
アレイを製造方法を説明する図である。

【図６】（ｄ）（ｅ）（ｆ）は図５の続図である。

【図７】本発明の一実施形態によるマイクロレンズアレ
イの一実施例のレンズ形状とその配置を示した上面図と
縦断面図である。

【図８】本発明の一実施形態によるマイクロレンズアレ
イの別な実施例のレンズ形状とその配置を示した上面図
と縦断面図である。

【図９】本発明の一実施形態による反射型画像表示装置
の概略構成図である。

【図１０】同上の装置に用いられているダイクロイック
ミラーの構成と作用を示す図である。

【図１１】同上の装置に用いられているＤＭＤの構成を
示す概略図である。

【図１２】本発明のマイクロレンズアレイの作用を説明
する図である。

【図１３】本発明のマイクロレンズアレイの作用を説明
する別な図である。

【図１４】本発明のさらに別な実施形態による反射型画
像表示装置の構成を示す断面図である。

【図１５】（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明のさらに別な
実施形態による反射型画像表示装置に使用するＤＭＤの
配置形状を示す図である。

【図１６】従来のマイクロレンズアレイの構造を示す断
面図である。

【図１７】（ａ）〜（ｄ）は従来のマイクロレンズアレ
イの製造方法を説明する図である。

【図１８】（ａ）（ｂ）（ｃ）はレンズ曲率の異なるマ
イクロレンズアレイ基板を製造する方法を説明する図で
ある。

【図１９】（ｄ）（ｅ）（ｆ）は図１８の続図である。

【図２０】従来の反射型画像表示装置の概略構成図であ
る。

【図２１】本発明の効果を説明するための比較例であ
る。

【符号の説明】

１ マイクロレンズアレイ基板 ２ ベースガラス基板 ３ カバーガラス基板 ４ マイクロレンズアレイ ４ａ，４ｂ，… レンズパターン ６ レンズ樹脂層 ８ レンズ樹脂層 ２４Ｒ、２４Ｇ、２４Ｂ ダイクロイックミラー ２６ デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２９Ｌ 11:00 Ｆターム(参考） 2K009 AA02 DD04 4F204 AA44 AD04 AG03 AH74 EA03 EB01 EB12 EB22 EK17 EK18 EK24

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のレンズを配列したレンズアレイ基
   板において、 前記各レンズの焦点位置は、基板面と平行でない平面も
   しくは曲面の上にあることを特徴とするレンズアレイ基
   板。
2. 【請求項２】 複数のレンズを配列したレンズアレイ基
   板において、 前記各レンズのうち少なくとも一部のレンズの曲率が他
   のレンズの曲率と異なっていることを特徴とするレンズ
   アレイ基板。
3. 【請求項３】 前記レンズは、その入光面に反射防止膜
   を備えていることを特徴とする、請求項１又は２に記載
   のレンズアレイ基板。
4. 【請求項４】 複数のレンズ反転パターンを備え、少な
   くとも一部のレンズ反転パターンの曲率が他のレンズ反
   転パターンの曲率と異なっている成形型と基板との間に
   未硬化のエネルギー硬化型樹脂を挟み込んで型押しし、
   当該樹脂をエネルギー硬化反応させることによって当該
   樹脂を硬化させることを特徴とするレンズアレイ基板の
   製造方法。
5. 【請求項５】 入射光を各画素毎に選択的に反射する反
   射型表示素子と、前記各画素に対応する複数のレンズを
   配列した請求項１、２又は３に記載のレンズアレイ基板
   とを備えた反射型画像表示装置。
6. 【請求項６】 前記反射型表示素子と前記レンズアレイ
   基板とが平行でないことを特徴とする、請求項５に記載
   の反射型画像表示装置。