JP2004347693A - Microlens array, spatial optical modulator, projector and method for manufacturing microlens array - Google Patents

Microlens array, spatial optical modulator, projector and method for manufacturing microlens array Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microlens array capable of restraining the occurrence of stray light by efficiently condensing light at a predetermined position. <P>SOLUTION: The microlens array 100 has a plurality of microlens elements 10 each consisting of: a 1st surface S1 disposed on a light incident side and having curvature; and a 2nd surface S2 having nearly plane shape on which the light transmitted through the 1st surface S1 is made incident. The microlens elements 10a are arrayed on a reference plane 20 having a predetermined area. When the nearly center position of the area of the 2nd surface S2a is defined as a reference center position Ca, and a position obtained by projecting a contact between the 1st surface S1a of the microlens element 10a and a plane Ba coming into contact with the 1st surface S1a when the plane Ba and the reference plane 20 are nearly parallel with each other to the reference plane 20 is defined as a top curvature position Ta respectively, the 1st surface S1a has such curvature that the reference center position Ca of the microlens element 10a and the top curvature position Ta are made to differ by a predetermined distance in a predetermined direction in accordance with the reference center position Ca on the reference plane 20. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロレンズアレイ、空間光変調装置、プロジェクタ及びマイクロレンズアレイの製造方法、特に、プロジェクタの空間光変調装置に用いるマイクロレンズアレイの技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
プロジェクタは、コンピュータ等からの画像供給装置から供給される画像信号に応じて光(投写光)を投写し、画像を表示する画像表示装置である。プロジェクタの空間光変調装置は、複数の空間光変調素子を有する。各空間光変調素子の中心には、それぞれ開口部又は反射面が設けられている。各空間光変調素子は、開口部又は反射面に入射した光を透過又は反射させる。各空間光変調素子が入射光を透過又は反射することにより、空間光変調装置は、入射光を変調する。また、空間光変調装置の光の入射側には、マイクロレンズアレイが設けられる。マイクロレンズアレイは、基準平面上に、複数のマイクロレンズ素子を配置している。各マイクロレンズ素子は、各空間光変調素子の開口部又は反射面に光を集光する。マイクロレンズ素子が空間光変調素子の開口部又は反射面に入射光を集光することにより、光源からの光を効率良く用いて変調することができる。プロジェクタの空間光変調装置に用いられるマイクロレンズアレイの技術は、本願と同一の出願人により提案されている(例えば、特願2002−171892)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
光源部からの光は、強度を均一化されたのち、空間光変調装置に入射光源部からの光を均一化するためには、例えば、フライアイ型インテグレータが用いられる。フライアイ型インテグレータは、複数のレンズ素子を有する。フライアイ型インテグレータは、各レンズ素子の入射面に入った光を露光面全体に投写し、各レンズ素子からの光を重ね合わせることによって、露光面における光の照度分布を均一にする。このため、従来の空間光変調装置の入射側に設けられているマイクロレンズアレイには、フライアイ型インテグレータの各レンズ素子からの光が重畳的に照射する。
【0004】
各マイクロレンズ素子は、各マイクロレンズ素子の光軸に関して略回転対称な曲率の屈折面を有する。そして、マイクロレンズアレイは、各マイクロレンズ素子への入射光を各焦点位置に集光させる。そして、マイクロレンズアレイは、マイクロレンズ素子の焦点位置近傍に空間光変調装置の開口部又は反射面が位置するように配置されている。
【0005】
マイクロレンズアレイの領域の中心位置近傍へ入射光の入射角度の分布は、マイクロレンズ素子の光軸に関して略回転対称である。このため、マイクロレンズアレイの領域の中心位置近傍に配列されているマイクロレンズ素子は、上述のように入射光をその光軸上の焦点位置近傍へ集光させる。これに対して、マイクロレンズアレイが配列されている領域のうち周辺領域では、例えばフライアイ型インテグレータからの照明光がマイクロレンズ素子の各光軸に対して特定の方向から斜入射する割合が増加してくる。マイクロレンズ素子に斜入射した光線は、マイクロレンズ素子の焦平面上の他の焦点位置へ集光する。このため、マイクロレンズ素子へ斜入射する光は、マイクロレンズ素子の光軸上の焦点位置近傍に設けられている空間光変調装置の開口部へ入射することが困難となってしまう。また、プロジェクタのような複数の光学部材で構成された装置では、空間変調素子の前方光学系において光が蹴られてしまう場合もある。この結果、マイクロレンズアレイを透過した光の利用効率が低下してしまうという問題を生ずる。光の利用効率が低下するという問題は、外周配置部に配置されたマイクロレンズ素子において、特に顕著となる。
【0006】
空間光変調装置として液晶パネルを使用する場合、空間光変調素子の開口部以外の部分には、空間光変調素子を駆動するための各種配線や電気素子等が設けられる。空間光変調素子の開口部以外の部分に入射した光が、空間光変調素子の開口部以外の部分で反射することにより、迷光が発生する場合がある。迷光が発生することにより、投写像のコントラストが低下するという場合がある。また、液晶の特性として、光軸に対して大きい角度の光の成分が増えることによりコントラスト低下を起こす場合もある。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、効率良く所定の位置に光を集光し、迷光の発生を低減するマイクロレンズアレイ、このマイクロレンズアレイを備えた空間光変調装置、プロジェクタ、及び、このマイクロレンズの製造方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、入射光の入射側に設けられ、曲率を有する第1面と、前記第1面に入射した前記入射光が透過する略平面形状の第2面とからなる複数のマイクロレンズ素子を有するマイクロレンズアレイであって、前記複数のマイクロレンズ素子は、所定領域を有する基準平面上に配列され、前記マイクロレンズ素子の前記第2面の領域の略中心の位置を基準中心位置とし、前記マイクロレンズ素子の前記第1面に接する平面と前記基準平面とが略平行になる場合の、前記第1面に接する前記平面と前記第1面との接点を前記基準平面上に投影した位置を頂点曲率位置とそれぞれしたときに、前記第1面は、前記基準平面上における前記マイクロレンズ素子の前記基準中心位置に応じて、前記基準中心位置と前記頂点曲率位置とが所定方向に所定距離だけ異なるような前記曲率を有することを特徴とするマイクロレンズアレイを提供することができる。
【0008】
各マイクロレンズ素子は、曲率を有する第1面と、マイクロレンズアレイの基準平面に接する第2面とを有する。例えば、基準平面の略中心位置のマイクロレンズ素子の第1面は、基準中心位置を通る垂線に関し略回転対称な形状とする。この場合、基準平面の略中心位置のマイクロレンズ素子は、光軸と略平行な向きに進行する光を、基準中心位置を通る垂線上の軸上焦点位置近傍に集光する。「基準中心位置」とは、マイクロレンズ素子の第2面の領域の略中心の位置である。空間光変調素子の開口部又は反射面は、基準中心位置を通る垂線上に配置されている。このため、基準平面の略中心位置のマイクロレンズ素子は、光軸に略平行な向きに進行する光を、空間光変調素子の開口部又は反射面に集光する。次に、マイクロレンズアレイの外周配置部のマイクロレンズ素子の入射側の第1面は、マイクロレンズ素子の基準中心位置と頂点曲率位置とが所定方向に所定距離だけ異なるような曲率を有する。「頂点曲率位置」とは、マイクロレンズ素子の第1面に接する平面と基準平面とが略平行になる場合の、第1面に接する平面と第1面との接点を基準平面上に投影した位置である。換言すると、「頂点曲率位置」とは、基準平面に垂直な方向に第2面から最も離れた第1面上の点を第2面に投影した位置である。マイクロレンズ素子の基準中心位置と頂点曲率位置とが同一である場合、第1面は、第2面の基準中心位置を通る垂線に関し略回転対称な形状である。「マイクロレンズ素子の基準中心位置と頂点曲率位置とが異なる」とは、第1面が、基準中心位置を通る垂線に関し非対称な形状をとるということである。基準中心位置を通る垂線に関し非対称な形状とは、ある一方向に変曲したような形状である。そして、マイクロレンズ素子は、第1面の変曲した方向から斜入射する入射光を、そのマイクロレンズ素子の軸上焦点位置に集光させるように変曲した形状を有する。マイクロレンズ素子は、斜入射する入射光の方向に第1面を変曲させることにより、斜入射する入射光を軸上焦点位置に集光させることができる。基準平面の略中心位置にあるマイクロレンズ素子以外の各マイクロレンズ素子については、第1面を、基準中心位置と頂点曲率位置とが所定方向に所定距離だけ異なるような曲率をもたせる。このようにして、斜入射する入射光を基準中心位置を通る垂線上の軸上焦点位置に集光させる。これにより、空間光変調素子の開口部又は反射面に効率良く光を入射することができる。また、斜め方向からマイクロレンズ素子の張り出した部分に入射する光線は、光軸の方向に略平行な光線に角度変換されるため、前方光学系での蹴られを抑制し光利用効率の向上に寄与する。さらに、光が空間光変調素子の各種配線や電気素子等に入射することを防止するため、迷光の発生を低減することができる。
【0009】
マイクロレンズアレイに入射する光のうち、斜入射する光の入射角と、斜入射する向きとは、マイクロレンズアレイの基準平面上におけるマイクロレンズ素子の位置によって異なる。マイクロレンズアレイの外周配置部に位置するマイクロレンズ素子に入射する光は、斜入射する光の割合が多い。また、斜入射する光の割合は、基準平面の中心位置から遠い位置ほど大きくなる。そこで、基準中心位置と頂点曲率位置との所定方向と、基準中心位置と頂点曲率位置との所定距離とは、マイクロレンズアレイの基準平面上におけるマイクロレンズ素子の位置に応じたものとする。基準中心位置と頂点曲率位置との所定方向と、基準中心位置と頂点曲率位置との所定距離とをマイクロレンズ素子の位置に対応させたものとすることにより、マイクロレンズ素子は、基準平面上の位置に応じて異なる角度で斜入射する光を空間光変調素子の開口部又は反射面に集光することができる。これにより、空間光変調素子の開口部又は反射面に効率良く光を集光し、迷光の発生を低減するマイクロレンズアレイを得られる。
【0010】
また、本発明の好ましい態様としては、前記マイクロレンズ素子の前記基準中心位置と、前記基準平面上の所定位置との間の距離と、前記マイクロレンズ素子の前記基準中心位置と、前記マイクロレンズ素子の前記頂点曲率位置との間の前記所定距離とは、略比例することが望ましい。
【0011】
上述のように、マイクロレンズアレイの中心位置から離れた外周配置部の位置では、マイクロレンズ素子に対して斜入射する光の割合が多くなる。そこで、マイクロレンズ素子の基準中心位置と、基準平面上の所定位置である、例えば基準平面の略中心位置との間の距離と、マイクロレンズ素子の基準中心位置と頂点曲率位置との間の距離とが略比例するように、マイクロレンズ素子の頂点曲率位置を設ける。マイクロレンズ素子の基準中心位置と頂点曲率位置との間の距離を大きくすると、マイクロレンズ素子の第1面は、より大きく張り出したように変曲した形状となる。従って、マイクロレンズ素子の基準中心位置と、基準平面の略中心位置との距離が大きくなるに従って、マイクロレンズ素子の第1面は、より大きく張り出したように変曲した形状となる。マイクロレンズ素子の第1面が、より大きく張り出したように変曲した形状となると、より入射角の大きい斜入射光を、基準中心位置を通る垂線上の軸上焦点位置近傍に集光することができる。これにより、マイクロレンズ素子の基準中心位置と、基準平面の略中心位置との距離に応じて、マイクロレンズアレイ素子に入射光のうち斜入射する角度が大きい光を空間光変調素子の開口部又は反射面に集光することができる。この結果、空間光変調素子の開口部又は反射面に効率良く光を集光し、迷光の発生を低減することができる。なお、所定位置は、基準平面の略中心位置に限られず、基準平面上の任意の位置でも良い。
【0012】
また、本発明の好ましい態様としては、前記マイクロレンズ素子の前記基準中心位置に対する前記基準平面上の所定位置の向きと、前記マイクロレンズ素子の前記基準中心位置に対する前記マイクロレンズ素子の前記頂点曲率位置の向きとは同一であることが望ましい。
【0013】
上述のように、マイクロレンズアレイの外周配置部の位置では、マイクロレンズアレイに対して斜入射する光の割合が多くなる。そこで、基準中心位置に対する頂点曲率位置の向きと、基準中心位置に対する所定位置、例えば基準平面の略中心位置の向きとが同一となるように、マイクロレンズ素子の頂点曲率位置を設ける。マイクロレンズ素子の第1面は、マイクロレンズ素子の基準中心位置に対するマイクロレンズ素子の頂点曲率位置の向きに張り出したように変曲した形状を有する。従って、マイクロレンズ素子の第1面は、マイクロレンズ素子の基準中心位置から基準平面の略中心位置への向きに張り出したような曲率を有することとなる。このような曲率を持たせることにより、マイクロレンズ素子は、斜入射する光を、基準中心位置を通る垂線上の軸上焦点位置近傍に集光することができる。これにより、基準平面の略中心位置に対するマイクロレンズ素子の基準中心位置の向きに応じて、マイクロレンズ素子に入射光のうち入射角が大きい斜入射光を空間光変調素子の開口部又は反射面に集光することができる。この結果、空間光変調素子の開口部又は反射面に効率良く光を集光し、迷光の発生を低減することができる。
【0014】
また、本発明の好ましい態様としては、前記複数のマイクロレンズ素子は、前記基準平面上において略直交する格子状に配列されていることが望ましい。空間光変調装置の変調部は、基準平面上において略直交する格子状に配置されている。各マイクロレンズ素子を、基準平面上において略直交する格子状に配置することにより、変調部の開口部又は反射面に効率良く光を集光することができる。これにより、変調部の開口部又は反射面である所定位置に効率良く光を集光し、迷光の発生を低減することができる。
【0015】
さらに、本発明によれば、光を偏向させる機能を持つ複数のマイクロレンズ素子が基準平面上に配列されたマイクロレンズアレイであって、前記マイクロレンズ素子は、曲率を有する第1面と、前記第1面に入射した入射光が透過する略平面形状の第2面とからなり、前記マイクロレンズ素子の前記第2面の領域のそれぞれの略中心の位置を基準中心位置とし、前記基準平面に略平行な面と前記第1面とが接する位置を曲率頂点とそれぞれしたときに、前記基準中心位置と、前記曲率頂点を前記基準平面上に投影した位置とが異なるマイクロレンズ素子を含むことを特徴とするマイクロレンズアレイを提供することができる。
【0016】
例えば、基準中心位置を通る垂線に関し略回転対称な形状の第1面を有するマイクロレンズ素子を基準平面の外周配置部の位置に配置する場合、他のマイクロレンズ素子は、基準平面上の位置に応じて曲率頂点の位置を異ならせて設ける。マイクロレンズ素子は、基準中心位置と、曲率頂点を基準平面上に投影した位置とを異ならせて第1面を方向に変曲させることにより、斜入射する入射光を効率良く軸上焦点位置に集光させることができる。このようにして、マイクロレンズアレイに入射する入射光の角度分布に応じて、空間光変調素子の開口部又は反射面に効率良く光を集光することができるマイクロレンズアレイを得られる。
【0017】
さらに、本発明によれば、基板上にレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、前記レジスト層をパターニングする第1のパターニング工程と、前記レジスト層及び前記基板をプレエッチングする第1のエッチング工程と、前記第1のエッチング工程によりプレエッチングを施した前記基板の上にマスク層を形成するマスク層形成工程と、前記マスク層形成工程により形成した前記マスク層をパターニングする第2のパターニング工程と、前記第2のパターニング工程により形成されたパターンを通して前記基板をエッチングする第2のエッチング工程と、を含み、前記第1のパターニング工程により形成されたパターンの中心位置と、前記第2のパターニング工程により形成されたパターンの中心位置とは異なる位置であることを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法を提供することができる。
【0018】
第1のエッチング工程において基板に形成されるパターンの中心位置と、第2のエッチング工程においてマスク層に形成されるパターンの中心位置とは、異なる位置とする。また、第1のエッチング工程によりプレエッチングを施した基板の上には、基板に比べエッチングレートが高い犠牲層を使用することができる。基板に比べエッチングレートが高い犠牲層を使用することにより、第2のパターニング工程において、基板に形成されている凹部位置で犠牲層が早くエッチングされる。エッチングは、第2のパターニング工程により形成された貫通部を中心として進行する。エッチングの進行部位が基板の凹部位置に到達すると、基板の凹部内部の犠牲層は、基板より早くエッチングされる。エッチング中心であるマスク層の貫通部と基板の凹部との位置を異ならせているため、基板には、基板の凹部位置が窪んだように変曲した非対称な形状の凹部を形成することができる。その後、基板に形成した非対称な形状の凹部上に光学的透明樹脂層を形成することにより、第1面について、基準中心位置と頂点曲率位置とが異なる曲率のマイクロレンズ素子を形成することができる。基板の凹部位置に対するマスク層のパターニングによる凹部の水平方向位置を所定位置とすることにより、マイクロレンズ素子の第1面について、基準中心位置に対する頂点曲率位置を、マイクロレンズアレイの基準平面上におけるマイクロレンズ素子の位置に応じた所定の方向位置とすることができる。また、基板の凹部位置とマスク層のパターニングによる凹部位置との水平方向距離を所定距離とすることにより、マイクロレンズ素子の第1面について、基準中心位置に対する頂点曲率位置を、マイクロレンズアレイの基準平面上におけるマイクロレンズ素子の位置に応じた所定距離の位置とすることができる。これにより、上記のマイクロレンズアレイを製造することができる。
【0019】
さらに、本発明によれば、前記入射光を集光する上記のマイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズアレイにより集光された前記入射光を変調する空間変調素子を有し、前記マイクロレンズアレイは、空間光変調素子の入射側に配置されていることを特徴とする空間光変調装置を提供することができる。入射側に上記のマイクロレンズアレイを有するため、入射光を効率良く開口部に集光させることができる。これにより、効率の良い空間光変調装置を得られる。
【0020】
さらに、本発明によれば、光を供給する光源部と、前記光源部からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、前記空間光変調装置により変調された光を投写する投写レンズと、を有し、前記空間光変調装置は、上記の空間光変調装置であることを特徴とするプロジェクタを提供することができる。
【0021】
空間光変調装置の入射側に上記のマイクロレンズアレイを設けることにより、光源部からの光を効率良く空間光変調素子の開口部又は反射面に集光することができる。これによりプロジェクタの光利用効率を向上することができる。空間光変調素子である液晶デバイスは、入射光の入射角度が光軸方向に平行である場合にコントラストが向上する特性を有する。このため、マイクロレンズアレイの外周配置部のマイクロレンズ素子の形状を非対称形状とし入射光の屈折角度を光軸に平行とすることにより、コントラストの向上に寄与する。また、空間光変調素子の開口部以外の部分である各種配線や電気素子が設けられている部分に光が入射することを防止できる。これにより、空間光変調素子の各種配線や電気素子で光が反射されることを防止し、迷光の発生を低減することができる。この結果、投写像が明るく高コントラストなプロジェクタを得られる。なお、本発明のプロジェクタは、フライアイ型インテグレータにより光源部からの光を重畳的に照射することにより光を均一化するものに限られない。上記のマイクロレンズアレイを用いることにより、光源部からの光の利用効率を向上することができる場合であれば、フライアイ型インテグレータ以外を用いるプロジェクタであっても本発明のプロジェクタに包含するものとする。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係るマイクロレンズアレイの概略構成を示す。なお、本実施形態のマイクロレンズアレイ100は、プロジェクタの空間光変調装置である液晶表示装置に適用するものとして説明する。マイクロレンズアレイ100は、光軸方向であるZ方向に略垂直で、XY平面に略平行な所定領域の基準平面20に配置されている。マイクロレンズアレイ100は、基準平面20上に、複数のマイクロレンズ素子10を配列している。複数のマイクロレンズ素子10は、基準平面20上において略直交する格子状に配列されている。なお、本発明であるマイクロレンズアレイ100の理解のために、以下、マイクロレンズ素子10は、マイクロレンズアレイ100の基準平面20上に、5行5列に配列しているものとして説明する。図1に示すマイクロレンズアレイ100は、基準平面20上において、マイクロレンズ素子10をX方向の一列に5個、Y方向の一行に5個の格子状に配列している。
【0023】
各マイクロレンズ素子10は、入射光が入射する側に設けられ、曲率を有する第1面S1と、第1面に入射した入射光が透過する略平面形状の第2面S2とからなる。なお、図1においては、各マイクロレンズ素子10を、第2面S2の輪郭(外周配置部)により示している。各マイクロレンズ素子10の第2面S2の輪郭は、略円形である。各マイクロレンズ素子10は、第2面S2と基準平面20とが接するように配置されている。また、図1においては、各マイクロレンズ素子10の第1面S1を図示していない。各マイクロレンズ素子10の第1面S1は、第2面S2に対してZ軸のマイナス方向に凸面を向けた曲率を有する。後述するように、マイクロレンズアレイ100への入射光は、マイクロレンズ素子10の第1面S1へ入射し、第2面S2から射出する。マイクロレンズアレイ100は、中心位置Oを、基準平面20の略中心位置とする。マイクロレンズアレイ100に入射光の光軸OZは、基準平面20の中心位置Oを通り、Z軸に平行な軸である。なお、マイクロレンズ素子10の基準中心位置Cと、頂点曲率位置Tと、距離Dとの詳細については、後述する。
【0024】
図2には、マイクロレンズアレイ100の、図1に示す直線AA’における断面をX軸のプラスの方向から目視した様子を示す。図1に示す直線AA’上に配置されている5つのマイクロレンズ素子10を、図2に示すように、それぞれマイクロレンズ素子10a、10b、10c、10d、10eとする。5つのマイクロレンズ素子10a〜10eは、それぞれ、曲面を有する第1面S1a、S1b、S1c、S1d、S1eと、基準平面20に接する平面である第2面S2a、S2b、S2c、S2d、S2eとを有する。マイクロレンズアレイ100は、基準平面20と空間光変調装置200とが接するようにして配置されている。5つのマイクロレンズ素子10a〜10eは、それぞれ入射光を液晶表示装置200の開口部Ka、Kb、Kc、Kd、Keに集光する。マイクロレンズアレイ素子10の入射光と、入射光を液晶表示装置200の開口部Ka〜Keに集光する様子とについては後述する。
【0025】
次に、光源部からの光がマイクロレンズアレイ100に照射する様子について説明する。図3(a)は、光源部からの光が空間光変調装置200に照射するまでの構成例を概略的に示す。照明装置300は、光源部301とリフレクタ302とからなる。光源部301からの光は、直接又はリフレクタ302を反射して射出される。光源部301からの光は、照明光学系(不図示)により略平行とされたのち、フライアイ型インテグレータ310に入射する。フライアイ型インテグレータ310は、第1のレンズアレイ311と第2のレンズアレイ312とを有する。第1のレンズアレイ311と、第2のレンズアレイ312とは、いずれもレンズ素子が、平面上にマトリクス上に配列された構成を有する。第1のレンズアレイ311の各レンズ素子は、主光線に平行な光束を複数の部分光束に分割し、各部分光束を第2のレンズアレイ312の近傍で結像させる。第2のレンズアレイ312のレンズ素子は、第1のレンズアレイ311からの各部分光束をマイクロレンズアレイ100に入射させる。フライアイ型インテグレータ310は、各レンズ素子の入射面に入った光をマイクロレンズアレイ100の全体に投写し、各レンズ素子からの光を重ね合わせることによって、マイクロレンズアレイ100における光の照度分布を均一にする。このため、マイクロレンズアレイ100には、フライアイ型インテグレータ310のレンズ素子からの光が重畳的に照射する。マイクロレンズアレイ100は、空間光変調装置200の光の入射側に、マイクロレンズ素子10の第1面S1を入射側に向けて配置されている。また、マイクロレンズアレイ100の基準平面20と空間光変調装置200とは、光軸OZに関し略垂直となるように配置されている。さらに、フライアイ型インテグレータ310とマイクロレンズアレイ100と、及び、フライアイ型インテグレータ310の中心位置と基準平面20の中心位置Oとは、それぞれ略光軸OZ上に位置するように配置されている。
【0026】
次に、マイクロレンズアレイ100について、基準平面20上のXY面内における位置と、入射光との関係について説明する。図3(b)に、マイクロレンズアレイ100の基準平面20を、格子状に9つの正方形の領域に分割したものを示す。マイクロレンズアレイ100を9分割したそれぞれの領域には、図3(b)に示すように1〜9の番号を付して説明する。図4に、図3(b)に示すマイクロレンズアレイ100の各領域について、入射角の分布を示す。図4(a)〜(i)は、縦軸をX方向の入射角度、横軸をY方向の入射角度として示す。図4(a)に示す角度分布は、図3(b)に示すマイクロレンズアレイ100の領域1における入射光の入射角の分布である。以下、図4(b)〜(i)に示す入射角の分布は、図3(b)の領域2〜領域9にそれぞれ対応する。図4(a)〜(i)に示す角度分布は、後述するように、マイクロレンズアレイ100における領域1〜領域9の基準平面20上の位置によって、入射角の分布が変化することを表したものである。なお、図4(a)〜(i)のグラフは、マイクロレンズアレイ100に入射光の入射角度の分布を、領域ごとに、定性的に示すものである。
【0027】
図3(b)に示すマイクロレンズアレイ100の領域5は、マイクロレンズアレイ100の基準平面20の略中心に位置している。図5(a)に、マイクロレンズアレイ100の領域5にフライアイ型インテグレータ310からの光が重畳的に入射する様子を概略的に示す。図5(a)に示すように、マイクロレンズアレイ100の領域5には、フライアイ型インテグレータ310からの光が、光軸OZに対して略対称になるように重畳して照射される。
【0028】
図3(b)に示すマイクロレンズアレイ100の領域8は、マイクロレンズアレイ100の基準平面20において、マイクロレンズアレイ100の中心に位置する領域5の−X方向に位置している。図5(b)に、マイクロレンズアレイ100の領域8にフライアイ型インテグレータ310からの光が重畳的に入射する様子を概略的に示す。図5(b)に示すように、マイクロレンズアレイ100の領域8には、領域8の略中心を通り光軸OZに平行な直線L8に関して、+X方向から斜入射する光の割合が多くなる。このように、マイクロレンズアレイ100の領域8の入射光のうち入射角度が大きいのは、+X方向から斜入射する光である。
【0029】
図3(b)に示すマイクロレンズアレイ100の領域1〜領域4、領域6、領域7、領域9についても、領域5、領域8についての説明と同様にして入射光の入射角の分布を示すことができる(図4(a)〜(d)、(f)、(g)、(i)参照)。なお、入射光の入射角の分布は、領域1〜領域9の各領域内の位置によっても異なる。このため、図4(a)〜(i)のいずれも、マイクロレンズアレイ100の領域1〜領域9の略中心位置についての角度分布を示すものとする。なお、フライアイ型インテグレータ310から射出する光線の角度は、図3(a)に示す光源部300のリフレクタ302と照明光学系(図示せず)、フライアイ312の設計、マイクロレンズアレイ100の設置位置によって決まる。このため、フライアイ型インテグレータ310からのマイクロレンズアレイ100に入射する各光線の入射角は、光源部300のリフレクタ302と照明光学系(図示せず)によって決まる。本実施形態のマイクロレンズアレイ100に入射する各光線は、リフレクタ302によって、最大入射角が略16°となるように揃えられている。
【0030】
次に、図6を用いて、マイクロレンズ素子10の基準中心位置Cと、頂点曲率位置Tと、距離Dとについて説明する。図6(a)〜(e)は、マイクロレンズ素子10a〜10eの断面図を示す。なお、図6(a)〜(e)は、図2に示す断面と同一の面を示したものである。5つのマイクロレンズ素子10a〜10eの第2面S2a〜S2eの領域の略中心の位置を、それぞれ基準中心位置Ca、Cb、Cc、Cd、Ceとする。図6(a)〜(e)は、縦軸を、基準中心位置Ca〜Ceを通過する第2面S2a〜S2eの垂線とする。言い換えると、縦軸は、基準中心位置Ca〜Ceを通過し、かつZ軸に平行な直線である。また、横軸を、基準平面20上のY方向の直線とする。
【0031】
図6(a)に示すマイクロレンズ素子10aについて、基準平面20に対して略平行な平面Baと、第1面S1aとは、接点Paで接している。接点Paは、第2面S2aから最も離れた第1面S1a上の点である。接点Paを基準平面20上に投影した位置を、頂点曲率位置Taとする。また、図6(b)〜(e)に示すマイクロレンズ素子10b〜10eについても、図6(a)に示すマイクロレンズ素子10aと同様にして、それぞれ第1面S1b〜S1eと、接平面Bb〜Beとから、頂点曲率位置Tb〜Teを定める。このように頂点曲率位置Ta〜Teは、第2面S2a〜S2eからZ方向に最も離れた第1面S1a〜S1e上の点を第2面S2a〜S2eに投影した点である。
【0032】
まず、図6(c)に示すマイクロレンズ素子10cの第1面S1cの曲率について説明する。マイクロレンズ素子10cは、基準平面20上の所定位置である中心位置Oに配置されている。マイクロレンズ素子10cの基準中心位置Ccと、頂点曲率位置Tcとは、基準平面20の中心位置Oと同一位置である。また、入射光の光軸OZは、マイクロレンズ素子10cの縦軸と同一である。マイクロレンズ素子10cは、図3(b)に示すマイクロレンズアレイ100の領域5の略中心に位置している。図4(e)を用いて説明したように、領域5において光の入射角は、X方向、Y方向ともに角度0を中心として略回転対称に分布する。そこで、図6(c)に示すように、マイクロレンズ素子10cの第1面S1cを、光軸OZに関して略回転対称な形状とする。光軸OZに関して略回転対称な形状であるから、マイクロレンズ素子10cの第1面S1cは、例えば略球状の面である。マイクロレンズ素子10cは、第1面S1cを光軸OZに関して略対称な形状とすることにより、光軸OZ上の軸上焦点位置に光を集光することができる。
【0033】
次に、図6(a)に示すマイクロレンズ素子10aの第1面S1aの曲率について説明する。マイクロレンズ素子10aは、マイクロレンズアレイ100の最も外周配置部に位置している。図4(d)に示すように、外周配置部では光の入射角は、X方向に0、Y方向に正の座標を中心とする分布となっている。このため、マイクロレンズ素子10aに入射する光は、Y方向から斜入射する光の割合が多い。
【0034】
そこで、図6(a)に示すように、マイクロレンズ素子10aの第1面S1aを、基準中心位置Caを通過する第2面S2aの垂線に関して非対称な形状とする。マイクロレンズ素子10aの第1面S1aについて、頂点曲率位置Taを基準中心位置Ca上から所定方向に所定距離だけ異なるような曲率を有するような頂点曲率位置Taを設ける。これにより、マイクロレンズ素子10aの第1面Sa1を、基準中心位置Caを通過する第2面S2aの垂線に関して非対称な形状とすることができる。マイクロレンズ素子10b、10d、10eについても、マイクロレンズ素子10aの場合と同様に、それぞれの頂点曲率位置Tb、Td、Teを設けることにより、非対称な形状とする。以下、基準中心位置Caに対する頂点曲率位置Taの方向と、基準中心位置Caと頂点曲率位置Taとの間の距離とについて説明する。
【0035】
前述のように、マイクロレンズ素子10aに入射する光は、基準中心位置Caを通過する第2面S2aの垂線に関してY方向から斜入射する光の割合が大きい。このため、頂点曲率位置Taは、基準中心位置CaからY方向の正の向きにシフトさせる。頂点曲率位置Taを基準中心位置CaからシフトさせたY方向の正の向きは、基準中心位置Caに対する、基準平面20上の所定位置である中心位置Oの向きである。このようにして頂点曲率位置Taを設けることにより、マイクロレンズ素子10aを非対称な形状とする。頂点曲率位置Taを基準中心位置CaからY方向の正の向きへシフトさせたような曲率のマイクロレンズ素子10aの第1面S1aとは、Y方向の正の向きに張り出したように変曲した形状である。
【0036】
次に、マイクロレンズ素子10aとマイクロレンズ素子10bとを例にして、基準中心位置と頂点曲率位置との距離について説明する。マイクロレンズ素子10aとマイクロレンズ素子10bとは、基準中心位置Ca、Cbに対する、基準平面20上の所定位置である中心位置Oの向きが同一である。従って、マイクロレンズ素子10aとマイクロレンズ素子10bとは、それぞれの頂点曲率位置Ta、TbをY方向の正の向きにシフトする点は共通する。これに対し、マイクロレンズ素子10aと基準平面20の中心位置Oとの間の距離は、マイクロレンズ素子10bと基準平面20の中心位置Oとの距離より大きい点が異なる。マイクロレンズアレイ100からの光は、基準平面20上の光軸OZ上の点である中心位置Oにおいて、光軸OZに関して略回転対称に照射され、中心位置Oから遠ざかるほど光の入射角及び斜入射角度成分が大きくなる。マイクロレンズ素子10aへ斜入射する光の入射角度及び斜入射角度成分は、マイクロレンズ素子10bへ斜入射する光の入射角度に比べて大きくなる(図2参照)。また、中心位置Oから遠ざかるほど斜入射する光の入射角及び斜入射角度成分が大きくなるため、例えばマイクロレンズ素子10aへ斜入射する光の入射角度及び斜入射角度成分は、マイクロレンズ素子10bへ斜入射する光の入射角度の最大値の略2倍となる。
【0037】
ここから、図2と図6とを使用することにより、基準中心位置Caと頂点曲率位置Taとの距離について説明する。図2に示すように、中心位置Oと基準中心位置Caとの間の距離D2aは、中心位置Oと基準中心位置Cbとの間の距離D2bの略2倍である。また、図6(b)に示すように、マイクロレンズ素子10bの基準中心位置Cbと頂点曲率位置Tbとの間の距離D1bは、長さαである。このとき、マイクロレンズ素子10aの基準中心位置Caと頂点曲率位置Taとの間の距離D1aは、長さ2αである。距離D1aの長さは、距離D1bの長さの2倍である。このように、基準中心位置Caと基準平面20の中心位置Oとの距離D2aと、基準中心位置Caと頂点曲率位置Taとの間の距離D1aとを、略比例させる。このようにして、マイクロレンズ素子10aについては、基準中心位置Caと、基準平面20上の所定位置である中心位置Oとの距離D2aと、基準中心位置Caと頂点曲率位置Taとの間の距離D1aとが、略比例するように頂点曲率位置Ta、Tbを設ける。
【0038】
このようにしてマイクロレンズ素子10aは、基準平面20上におけるマイクロレンズ素子10aの基準中心位置Caに応じて、頂点曲率位置Taと基準中心位置Caとが所定方向に所定距離だけ異なるような形状とする。マイクロレンズ素子10aの第1面S1aは、Y方向の正の向きに張り出したように変曲した形状である。マイクロレンズ素子10bの第1面S1bも、Y方向の正の向きに張り出したように変曲した形状である。また、マイクロレンズ素子10aの第1面S1aは、マイクロレンズ素子10bの第1面S1bの略2倍大きく張り出したように変曲した形状をもつ。マイクロレンズ素子10aの第1面S1aをこのような形状とすることにより、マイクロレンズ素子10aへ斜入射する光を効率良く基準中心位置Caを通過する第2面S2aの垂線上の軸上焦点位置近傍に集光することができる。これにより斜入射する光を効率良く液晶表示装置200の開口部Ka(図2参照)に集光することができる。図6(b)、(d)、(e)に示すようにマイクロレンズ素子10b、10d、10eについても、マイクロレンズ素子10aの場合と同様に、基準平面20上における基準中心位置Cb、Cd、Ceに応じて、頂点曲率位置Tb、Td、Teと基準中心位置Cb、Cd、Ceとが所定方向に所定距離だけ異なるような形状とする。これにより、光を効率良く液晶表示装置200の開口部Kb、Kd、Ke(図2参照)に集光することができる。図1は、マイクロレンズアレイ100の各マイクロレンズ素子10についてマイクロレンズ素子10aと同様にして頂点曲率位置Tを所定方向に所定距離だけ異なるようにしていることを示している。
【0039】
図7に、マイクロレンズ素子10cと10eとが入射光を集光する様子を示す。マイクロレンズアレイ100の中心位置Oに、光軸OZに平行な略平行光が入射する場合を考える。マイクロレンズアレイ100の中心位置Oには、図7(a)に示すマイクロレンズ素子10cが設けられている。マイクロレンズ素子10cの第1面S1cは、光軸OZに関して略対称な形状となるようにする。マイクロレンズ素子10cは、光軸OZに略平行な光を軸上焦点位置近傍に集光する。これにより、略平行光を効率良く軸上焦点位置に設けられている液晶表示装置200の開口部Kcに集光することができる。図7(c)には、マイクロレンズ素子10eに、光軸OZに略平行な略平行光が入射する様子を示す。マイクロレンズ素子10eの第1面S1eは、頂点曲率位置Teを基準中心位置Ceから所定方向に所定距離だけ異なるような曲率を有する。マイクロレンズ素子10eに入射した光軸OZに略平行な光は、基準中心位置Ceを通る第2面S2eの垂線上以外の軸外焦点位置に集光される。このため、光が液晶表示装置200の開口部Ke以外の位置に集光されるため、光利用効率が低下してしまう。
【0040】
次に、マイクロレンズアレイ100の外周配置部に、光が斜め方向から入射する場合を考える。例えば、マイクロレンズ素子10cをマイクロレンズアレイ100の外周配置部に配置した場合、図7(b)に示すように、マイクロレンズ素子10cに光が斜め方向から入射する。マイクロレンズ素子10cに斜め方向から入射した光は、基準中心位置Ccを通る第2面S2cの垂線上以外の軸外焦点位置近傍に集光される。このため、斜入射する光が液晶表示装置200の開口部Kc以外の位置に集光されるため、光利用効率が低下してしまう。図7(d)は、マイクロレンズ素子10eに光が斜め方向から入射する様子を示す。マイクロレンズ素子10eは、斜入射する光を液晶表示装置200の開口部Keの位置に効率良く集光させることができる。以上から、マイクロレンズアレイ100の略中心位置Oには光軸OZに対して略回転対称な形状のマイクロレンズ素子10cを設ける。また、マイクロレンズアレイ100の外周配置部には、頂点曲率位置Tを基準中心位置Cから所定方向に所定距離だけ異なるように変曲させた形状のマイクロレンズ素子10を設ける。これにより、マイクロレンズアレイ100は、各マイクロレンズ素子10の配置位置に入射する光線を効率良く液晶表示装置200の各開口部にそれぞれ集光させることができる。
【0041】
図6に戻って、5つのマイクロレンズ素子10a〜10eについて説明する。5つのマイクロレンズ素子10a〜10eは、マイクロレンズアレイ100におけるマイクロレンズ素子10a〜10eの位置に応じて、マイクロレンズ素子10a〜10eの第1面S1a〜S1eの曲率を決定するように頂点曲率位置Ta〜Teを設ける。これにより、マイクロレンズアレイ100の外周配置部では斜入射する光を、中心位置Oでは略垂直に入射する光を効率良く、基準中心位置を通る垂線上の軸上焦点位置に集光することができる。マイクロレンズアレイ100上の、すべてのマイクロレンズ素子10についても、5つのマイクロレンズ素子10a〜10eと同様にして各マイクロレンズ素子10の配置位置に適した頂点曲率位置Tを設ける。例えば、マイクロレンズアレイ100の基準平面20の対角線上付近の位置にあるマイクロレンズ素子10については、頂点曲率位置Tを、基準中心位置Cから斜め方向にシフトした位置とする。これにより、斜入射する光を効率良く開口部に集光することができる。このようにして、マイクロレンズアレイ100の外周配置部では斜入射する光を、中心位置Oでは略垂直に入射する光を効率良く、基準中心位置Cを通る垂線上の軸上焦点位置に集光することができる。この結果、マイクロレンズ素子10の基準中心位置Cと、基準平面20の略中心位置Oとの距離、及び方向に応じて、空間光変調素子の開口部に効率良く光を集光するという効果を奏する。
【0042】
液晶表示装置200の開口部と開口部以外の領域とについて説明する。図12は、液晶表示装置200の開口部1200と、開口部1200以外の遮光領域BMとを示す。液晶表示装置200は、画素に対応する数量の開口部1200を有する。開口部と開口部以外の領域とを簡略して説明するため、図12は、開口部1200を1行に4個、1列に4個の格子状に液晶表示装置200に配列している様子を示す。また、図12において斜線を付した遮光領域BMには、各種配線や、電気素子等が配置されている。マイクロレンズアレイ100のマイクロレンズ素子10は、入射光を効率良く開口部1200に集光することができる。さらに、光を効率良く開口部1200に集光するため、光を遮光領域BMに入射させることをも防止することができる。遮光領域BMに光が入射すると、遮光領域BMで光が吸収されることによって光利用効率の低下を引き起こす。また、液晶の特性として、光を開口部1200に対してより垂直に近い方向から入射させるほど投写像のコントラストが高くなる。従って、開口部1200を透過した光であっても光軸OZに対して大きな角度をもつ成分が多い場合、投写像のコントラストが低下してしまう。本発明のマイクロレンズアレイ100は、入射光を光軸OZに略平行になるように偏向するため、光が遮光領域BMに入射して吸収されること、及び投写像のコントラストが低下することを防止できる。この結果、光利用効率の低下を低減し、プロジェクタの投写像を高コントラストにすることができるという効果を奏する。
【0043】
なお、基準平面20上の所定位置は、基準平面20の中心位置Oに限られず、基準平面20上の任意の位置でも良い。図6(a)に示すマイクロレンズ素子100を例として、本発明の変形例を説明する。本発明のマイクロレンズアレイ100は、基準平面20に略平行な面Baと第1面S1aとが接する位置を曲率頂点Paとしたときに、基準中心位置Taと、曲率頂点Paを基準平面20上に投影した頂点曲率位置Taとが異なるマイクロレンズ素子10aを含むものである。マイクロレンズ素子10aは、マイクロレンズ素子10aの基準中心位置Caと、曲率頂点Paを基準平面20上に投影した位置とを異ならせることにより、斜入射する入射光を効率良く軸上焦点位置に集光させることができる。例えば、基準中心位置を通る垂線に関し略回転対称な形状の第1面を有するマイクロレンズ素子10を基準平面20の外周配置部の位置に配置する場合、他のマイクロレンズ素子10は、基準平面20上の位置に応じて曲率頂点Paの位置を異ならせて設ける。このようにして、マイクロレンズアレイ100に入射する入射光の角度分布に応じて、液晶表示装置200の開口部又は反射面に効率良く光を集光することができるマイクロレンズアレイ100を得られる。
【0044】
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係るマイクロレンズ素子の製造方法について説明する。図8は、第2実施形態に係るマイクロレンズ素子の製造方法の手順を示す。まず、図8(a)に示すように、基板801上にレジスト層802を形成する。次に、グレースケールリソグラフィ技術により、基板801上のレジスト層802に非対称な形状の凹部を形成する。グレースケールリソグラフィには、例えば、感光性ガラスに、ある特定波長のレーザ光線を用いて、感光層を変質させ、場所によって光透過率が連続的に異なるマスクを用いることができる。まず、感光性ガラスに所望のレンズ形状に対応させて光透過率を連続的に変化させた層を、マイクロレンズ素子10の形状に形成する。感光性ガラスは、変質することにより光透過率が低下する。この感光性ガラスに露光光線を透過させてレジスト層802を感光させる。露光光線は、感光性ガラスのうち光透過率の変化が少ない部分において、より多く透過する。このため、レジスト層802は、感光性ガラスのうち光透過率の変化が少ない層を透過した露光光線によってより強く感光される。例えば、ポジ型レジストを用いた場合、露光光線によってより強く感光した部分は現像により取り除かれ、図8(b)に示すような、所望のレンズ形状がレジスト層802上に形成される。このようにして、レジスト層802にマイクロレンズ素子10の第1面S1の形状の凹部を形成することができる。グレースケールリソグラフィには感光性ガラスを用いる以外に、面積階調マスクを用いることができる。面積階調マスクは、所望の形状に合わせて段階的に露光面積を異ならせる方法である。この方法を用いても、非対称な形状のマイクロレンズ素子10の第1面S1の形状を形成することができる。グレースケールリソグラフィ技術によれば、非球面の形状の凹部を容易に形成することができる。
【0045】
次に、レジスト層802にマイクロレンズ素子10の第1面S1の形状の凹部を形成した状態で、CHFやCF等のフッ素系ガスによるドライエッチングを行う。ドライエッチングを行うと、基板801にレジスト層802の形状を転写することができる。これにより、図8(c)に示すように、マイクロレンズ素子10の第1面S1の形状の凹部を基板801に形成することができる。次に、マイクロレンズ素子10の第1面S1の形状の凹部を形成した基板801に、光学的透明樹脂層805を形成する。基板801上の、マイクロレンズ素子10の第1面S1の形状の凹部上に光学的透明樹脂層805を形成することにより、非対称な形状のマイクロレンズ素子10を形成することができる。さらに、光学的透明樹脂層805の上にカバーガラス806を形成することにより、マイクロレンズアレイ100とすることができる。
【0046】
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態に係るマイクロレンズ素子の製造方法について説明する。図9、図10は、第3実施形態に係るマイクロレンズ素子の製造方法の手順を示す。まず、図9(a)に示すように、レジスト層形成工程によって基板901上にレジスト層902を形成する。次に、図9(b)に示すように、第1のパターニング工程により、レジスト層形成工程によって基板901上に形成したレジスト層902をパターニングする。次に、第2実施形態と同様にして、ドライエッチングである第1のエッチング工程によりレジスト層902と基板901とがエッチングされる。これにより、図9(c)に示すように、基板901に凹部910が形成される。基板901に形成される凹部910の位置は、第1のパターニング工程によるレジスト層902のパターニング箇所と略同一位置である。
【0047】
次に、図9(d)に示すように、第1のエッチング工程により形成された凹部を有する基板901上に、基板901のエッチングレートと異なるエッチングレートを有する犠牲層903を形成する。この犠牲層903は、基板901に比べてエッチングレートが高い膜、例えば、ガラスに比べてエッチングレートが高い酸化シリコン等である。次に、図9(e)に示すように、マスク層形成工程によって、犠牲層903上にマスク層904を形成する。このマスク層904は、例えばポリシリコンあるいはクロムやその合金で形成されている。さらに、上述の説明と同様なフォトリソグラフィやドライエッチング、あるいはレーザ加工により、図9(f)に示すように、マスク層904を、基板901の凹部910とは異なる位置においてパターニングする。これにより、犠牲層903上には、基板901の凹部910とは異なる位置にパターニングされたマスク層904が形成される。ここで、「異なる位置」とは、パターニングによりマスク層904に形成された貫通部911の位置と、基板901の凹部910の位置とが、それぞれを水平面に投影したとき異なる位置となることを意味する。
【0048】
次に、図10(a)に示すように、第2のエッチング工程により、犠牲層903と基板901とをエッチングする。エッチングは、マスク層904に形成されている貫通部911を通して行われる。まず、犠牲層903が、マスク層904の貫通部911を中心として、略同心円状にエッチングされる。エッチングの進行箇所が基板901に到達すると、基板901もマスク層904の貫通部911の略垂線上の位置を中心としてエッチングされる。このとき、基板901に比べて犠牲層903のエッチングレートが高いことから、犠牲層903のエッチング速度に比べて基板901のエッチング速度は遅い。ここで、基板901の凹部910の内部は基板901とエッチングレートの異なる犠牲層903である。このため、エッチングの進行箇所が基板901の凹部910に到達すると、基板901のうち凹部910を早くエッチングする。凹部910が早くエッチングされることから、エッチングの進行箇所の中心位置が基板901の凹部910の方向に偏ることとなる。このようにしてエッチングの進行箇所の中心位置を、マスク層904の貫通部911の位置と異ならせることにより、図10(b)に示すように基板901に非対称な形状の凹部912を形成することができる。さらに、図10(c)に示すように、マスク層904と犠牲層903とを除去する工程により、非対称な形状の凹部912を形成した基板901のみとする。マスク層904と犠牲層903とは、フッ酸溶液でウェットエッチングすることにより、除去することができる。その後、図10(d)に示すように、基板901に形成された非対称な形状の凹部912上に光学的透明樹脂層905を形成する。基板901上の非対称な形状の凹部912上に光学的透明樹脂層905を形成することにより、本発明の、非対称な形状のマイクロレンズ素子10を形成することができる。さらに、光学的透明樹脂層905の上にカバーガラス906を形成することにより、マイクロレンズアレイ100とすることができる。
【0049】
基板901の凹部910の位置に対して、マスク層904上の貫通部911の位置を変化させると、マイクロレンズ素子10の第1面S1を、基準中心位置Cに対する頂点曲率位置Tの方向が異なるような曲率とすることができる。また、基板901の凹部910の位置とマスク層904の貫通部911の位置との水平方向距離を変化させると、マイクロレンズ素子10の第1面S1について、基準中心位置Cと頂点曲率位置Tとの間の距離が異なるような曲率とすることができる。このため、基板901の凹部910の位置と、マスク層904上の貫通部911の位置とを、所定方向、所定距離とすることにより、マイクロレンズ素子10の頂点曲率位置Tを、基準中心位置Cから所定方向に所定距離だけ異なるようにすることができる。これにより、マイクロレンズ素子10の頂点曲率位置Tを、マイクロレンズアレイ100の基準平面20上におけるマイクロレンズ素子10の位置に応じた曲率となるような位置とすることができる。基板901の凹部910の位置と、マスク層904上の貫通部911の位置との方向や距離は、製造するマイクロレンズ素子10ごとに設定することができる。これにより、上記のマイクロレンズアレイ100を得ることができる。なお、本実施形態の製造方法では、基板901の凹部910の位置とマスク層904の貫通部911の位置との方向と距離とを変化させることとしている。これに限らず、犠牲層903を設けず、基板901の凹部910を浅くより広い面積としても良い。この場合も上述の製造方法と同様に、マスク層904の貫通部911の中心位置と凹部910の中心位置とを異ならせるようにパターニングした後エッチングすることにより、マイクロレンズ素子10の頂点曲率位置Tを変化させることができる。さらに、犠牲層903を設けず、マイクロレンズ素子10の第1面S1の形状について複数の凹部910を設けることとしても良い。この場合、凹部910の数と位置とを変化させてエッチングを施すことにより、マイクロレンズ素子10の頂点曲率位置Tを変化させることが可能である。
【0050】
(第4実施形態)
図11は、本発明の第4実施形態に係るプロジェクタの概略構成を示す。本実施形態のプロジェクタ1100は、3つの液晶表示装置の光入射側にそれぞれ上記のマイクロレンズアレイ100を設けている。照明装置1110は、光を供給する光源部1111とリフレクタ1112を有する。光源部1111には、超高圧水銀ランプを用いることができる。光源部1111は、第1色光であるR光、第2色光であるG光、及び第3色光であるB光を含む光を供給する。光源部1111からの光は、直接又はリフレクタ1112を反射して射出される。光源部1111からの光は、照明光学系(不図示)により主光線に略平行とされたのち、フライアイ型インテグレータ1120に入射する。フライアイ型インテグレータ1120は、照明装置1110からの光の照度分布を均一化する。光の照度分布を均一化するためのフライアイ型インテグレータ1120の構成は、図3(a)を用いて説明したフライアイ型インテグレータ310の構成と同一である。
【0051】
フライアイ型インテグレータ1120で照度分布を均一化された光は、偏光変換素子1130にて特定の振動方向を有する偏光光、例えばs偏光光に変換される。s偏光光に変換された光は、色分離光学系を構成するR光透過ダイクロイックミラー1140Rに入射する。以下、R光について説明する。R光透過ダイクロイックミラー1140Rは、R光を透過し、G光、B光を反射する。R光透過ダイクロイックミラー1140Rを透過したR光は、反射ミラー1145に入射する。反射ミラー1145は、R光の光路を90度折り曲げる。光路を折り曲げられたR光は、R光用マイクロレンズアレイ100Rに入射する。R光用マイクロレンズアレイ100Rは、第1実施形態にて説明したマイクロレンズアレイ100と同一である。R光用マイクロレンズアレイ100Rを射出したR光は、R光用液晶表示装置110Rに入射する。R光用液晶表示装置1150Rは、R光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。なお、ダイクロイックミラーを透過しても、光の偏光方向は変化しないため、R光用液晶表示装置1150Rに入射するR光は、s偏光光のままの状態である。R光用液晶表示装置1150Rに入射したs偏光光は、p偏光光に変換されたのち、画像信号に応じた変調によりs偏光光に変換される。変調によりs偏光光に変換されたR光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム1160に入射する。
【0052】
次に、G光について説明する。R光透過ダイクロイックミラー1140Rで反射された、G光とB光とは光路を90度折り曲げられる。光路を折り曲げられたG光とB光とは、B光透過ダイクロイックミラー1140Bに入射する。B光透過ダイクロイックミラー1140Bは、G光を反射し、B光を透過する。B光透過ダイクロイックミラー1140Bで反射されたG光は、G光用マイクロレンズアレイ100Gに入射する。G光用マイクロレンズアレイ100Gは、第1実施形態にて説明したマイクロレンズアレイ100と同一である。G光用マイクロレンズアレイ100Gを射出したR光は、G光用空間光変調装置1150Gに入射する。G光用空間光変調装置1150Gは、G光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。G光用空間光変調装置1150Gに入射するG光は、s偏光光に変換されている。G光用空間光変調装置1150Gに入射したs偏光光は、画像信号に応じた変調により、p偏光光に変換される。変調によりp偏光光に変換されたG光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム1160に入射する。
【0053】
次に、B光について説明する。B光透過ダイクロイックミラー1140Bを透過したB光は、2枚のリレーレンズ1142、1143と、2枚の反射ミラー1146、1147とを経由して、B光用マイクロレンズアレイ100Bに入射する。B光用マイクロレンズアレイ100Bは、第1実施形態にて説明したマイクロレンズアレイ100と同一である。B光用マイクロレンズアレイ100Bを射出したB光は、B光用空間光変調装置1150Bに入射する。B光用液晶表示装置1150Bは、B光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。
【0054】
なお、B光に2つのリレーレンズ1142、1143を経由させるのは、B光の光路の長さがR光及びG光の光路の長さよりも長いためである。2つのリレーレンズ1142、1143を用いることにより、B光透過ダイクロイックミラー1150Bを透過したB光を、そのままB光用液晶表示装置1150Bに導くことができる。B光用液晶表示装置1150Bに入射するB光は、s偏光光に変換されている。B光用液晶表示装置110Bに入射したs偏光光は、p偏光光に変換されたのち、画像信号に応じた変調により、s偏光光に変換される。B光用液晶表示装置1150Bで変調されたB光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム1160に入射する。
【0055】
色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム1160は、2つのダイクロイック膜1161、1162をX字型に直交して配置して構成されている。ダイクロイック膜1161は、B光を反射し、R光、G光を透過する。ダイクロイック膜1162は、R光を反射し、B光、G光を透過する。このように、クロスダイクロイックプリズム112は、R光用液晶表示装置1150R、G光用液晶表示装置1150G、B光用液晶表示装置1150Bでそれぞれ変調されたR光、G光、B光を合成する。投写レンズ1170は、クロスダイクロイックプリズム1160で合成された光をスクリーン1180に投写する。
【0056】
なお、上述のように、R光用液晶表示装置1150R、B光用液晶表示装置1150Bからクロスダイクロイックプリズム1160に入射される光は、s偏光光となるように設定される。また、G光用液晶表示装置1150Gからクロスダイクロイックプリズム1160に入射される光は、p偏光光となるように設定される。このようにクロスダイクロイックプリズム1160に入射される光の偏光方向に差異をつけるのは、クロスダイクロイックプリズム1160において各色光用液晶表示装置から射出される光を有効に合成するためである。ダイクロイック膜1161、1162は、通常、s偏光光の反射特性に優れる。このため、ダイクロイック膜1161、1162で反射されるべきR光及びB光をs偏光光とし、ダイクロイック膜1161、1162を透過すべきG光をp偏光光としている。
【0057】
プロジェクタ1100の各色光用液晶表示装置の入射側には、マイクロレンズアレイ100R、100G、100Bが設けられている。各マイクロレンズアレイ100R、100G、100Bは、上記第1実施形態で説明したマイクロレンズアレイと同一である。従って、各マイクロレンズアレイ100R,100G、100Bは、入射光のうち強度が大きい光を、効率良く各液晶表示装置1150R、1150G、1150Bの開口部に集光することができる。これにより、プロジェクタ1100の光利用効率を向上することができるという効果を奏する。
【0058】
なお、フライアイ型インテグレータ1120は、光源部1111の像を、それぞれのレンズアレイが有する小レンズの数量と同一の数量の光源を平面状に配置するようにしている。そして、これらの複数の光源からの光が、マイクロレンズアレイ100の各マイクロレンズ素子10に重畳する。このため、フライアイ型インテグレータ1120のレンズアレイの小レンズの数量、フライアイ型インテグレータ1120の射出側の面積に対するマイクロレンズアレイ100の照射領域面積、フライアイ型インテグレータとマイクロレンズアレイ100との距離等により各マイクロレンズ素子10の形状を変化させる。このようにして各マイクロレンズ素子10の形状を変化させることにより、さらに光利用効率を向上することができる。
【0059】
なお、本実施形態では、透過型液晶表示装置に本発明のマイクロレンズアレイ100を用いる例を説明したが、本発明のマイクロレンズアレイ100を設けることができる空間光変調装置は、透過型液晶表示装置に限られない。例えば、反射型液晶表示装置や、ティルトミラーデバイスに本発明のマイクロレンズアレイ100を設けることとしても良い。ティルトミラーデバイスの例の一つは、テキサス・インスツルメンツ社のディジタルマイクロミラーデバイス(DMD)である。例えば、DMDの入射側に本発明のマイクロレンズアレイ100を設けることとする。DMDは、空間光変調素子として、可動ミラー素子を有する。各マイクロレンズ素子10の第1面S1を、入射光のうち強度が大きい光を、可動ミラー素子の反射面に集光するような曲率とする。このようにしてDMDの入射側に設けた本発明のマイクロレンズアレイ100は、透過型液晶表示装置の入射側に設けた本発明のマイクロレンズアレイ100と同様、略平行光の状態で効率良く可動ミラー素子の反射面に光を集光することができる。このように、空間光変調素子の全ての素子上で光軸に略平行な光線にすることによって、前方光学系での蹴られを防止し高効率のプロジェクタ等の表示装置を実現できる。
【0060】
また、本発明のプロジェクタ1100は、マイクロレンズアレイ100に入射光を、フライアイ型インテグレータ1120で照度分布を均一化することとしている。マイクロレンズアレイ100が効率良く入射光を空間光変調素子の開口部又は反射面に集光するのは、フライアイ型インテグレータ1120で照度分布を均一にする場合に限られない。光源部からの光をフライアイ型インテグレータで照度分布を均一にする場合に限らず、光源部からの光を空間光変調装置に入射する場合であれば、いずれの場合にも、マイクロレンズアレイ100のマイクロレンズ素子10を使用することができる。例えば、光源部からの光をロッドインテグレータで均一化する場合、通常、空間光変調装置は光源部からの光により略等倍照明される。このとき、空間光変調装置の外縁部以外の部分には、光源部からの光は、略均一な方向から照射される。空間光変調装置の外縁部には、主に斜め方向からの光が照射する。従って、空間光変調装置の外縁部に、上記第1実施形態のマイクロレンズ素子10を使用することにより、斜入射する光を効率良く空間光変調装置の開口部又は反射面に集光することができる。
【0061】
さらに、光源部として発光ダイオード素子(LED)や、エレクトロルミネッセント(EL)等の固体発光素子を用いる場合や、固体レーザ素子を用いる場合にも、マイクロレンズアレイ100を設けることとすることができる。例えば、光源部にLEDを用いる場合、複数のLEDを用いることができる。また、光源部に固体レーザ素子を用いる場合、複数の固体レーザ素子からのレーザ光を束ねる構成とすることができる。このとき、各LED、又はレーザ光が空間光変調装置へ入射する角度をマイクロレンズアレイ100のマイクロレンズ素子10で制御することにより、本実施形態のプロジェクタ1100と同様に、光源部からの光を効率良く利用することができる。さらにマイクロレンズアレイ100はプロジェクタに限られず、CCDカメラやC−MOSセンサ等の受光素子に応用することもできる。図13に、受光素子に上記第1実施形態のマイクロレンズアレイ1300を使用した様子を示す。マイクロレンズアレイ1300は、受光素子1340の入射側に設けられている。複数のマイクロレンズ素子1310は、入射光Lの入射側に凸面を向けて、カバーガラス1330内に配置されている。マイクロレンズ素子1310は、斜入射する光を効率良く受光素子1340の受光面1320に集光することができる。マイクロレンズアレイ1300のマイクロレンズ素子1310が入射光を効率良く受光素子1340の受光面1320に集光することで、高感度の画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態のマイクロレンズアレイの概略構成を示す図。
【図2】マイクロレンズアレイの断面を示す図。
【図3】光がマイクロレンズアレイに照射する様子を説明する図。
【図4】入射光の入射角の分布を示す図。
【図5】入射角の分布の違いを説明する図。
【図6】各マイクロレンズ素子の断面を示す図。
【図7】マイクロレンズ素子が入射光を集光する様子を示す図。
【図8】マイクロレンズアレイの製造方法の手順を示す図。
【図9】マイクロレンズアレイの製造方法の手順を示す図。
【図10】マイクロレンズアレイの製造方法の手順を示す図。
【図11】第4実施形態に係るプロジェクタの概略構成を示す図。
【図12】液晶表示装置の開口部と開口部以外の部分とを示す図
【図13】受光素子にマイクロレンズアレイを使用する様子を示す図。
【符号の説明】
10,10a〜e マイクロレンズ素子、20 基準平面、100,100R,100G,100B マイクロレンズアレイ、200 液晶表示装置、300 照明装置、301 光源部、302 リフレクタ、310 フライアイ型インテグレータ、311,312 レンズアレイ、801,901 基板、802,902 レジスト層、805,905 光学的透明樹脂層、806,906 カバーガラス、903 犠牲層、904 マスク層、910,912 凹部、911貫通部、1100 プロジェクタ、1110 照明装置、1111 光源部、1112 リフレクタ、1120 フライアイ型インテグレータ、1130 偏光変換素子、1140R,1140B ダイクロイックミラー、1142,1143 リレーレンズ、1145,1146 反射ミラー、1150R,1150G,1150B 液晶表示装置、1160 クロスダイクロイックプリズム、1161,1162 ダイクロイック膜、1170 投写レンズ、1180 スクリーン、1200 開口部、1300 マイクロレンズアレイ、1310 マイクロレンズ素子、1320 受光面、1330 カバーガラス、1340 受光素子、OZ 光軸、Ba 平面、C,Ca〜Ce 基準中心位置、D1a,D1b,D2a,D2b 距離、Ka〜Ke 開口部、O 中心位置、S1,S1a〜S1e 第1面、S2,S2a〜S2e 第2面、T,Ta〜Te 頂点曲率位置
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a microlens array, a spatial light modulator, a projector, and a method of manufacturing a microlens array, and more particularly, to a technique of a microlens array used for a spatial light modulator of a projector.
[0002]
[Prior art]
A projector is an image display device that projects light (projection light) in accordance with an image signal supplied from an image supply device from a computer or the like, and displays an image. A spatial light modulation device of a projector has a plurality of spatial light modulation elements. An opening or a reflecting surface is provided at the center of each spatial light modulation element. Each spatial light modulation element transmits or reflects light incident on the opening or the reflecting surface. When each of the spatial light modulators transmits or reflects the incident light, the spatial light modulator modulates the incident light. A microlens array is provided on the light incident side of the spatial light modulator. The microlens array has a plurality of microlens elements arranged on a reference plane. Each microlens element condenses light on an opening or a reflective surface of each spatial light modulation element. Since the microlens element condenses the incident light on the opening or the reflection surface of the spatial light modulator, the light from the light source can be efficiently used for modulation. The technology of the microlens array used in the spatial light modulator of the projector has been proposed by the same applicant as the present application (for example, Japanese Patent Application No. 2002-171892).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
For example, a fly-eye integrator is used to make the light from the light source unit uniform in intensity and then to make the light from the incident light source unit uniform in the spatial light modulator. The fly-eye integrator has a plurality of lens elements. The fly-eye integrator projects the light that enters the incident surface of each lens element onto the entire exposure surface, and superimposes the light from each lens element to make the illuminance distribution of the light on the exposure surface uniform. For this reason, the light from each lens element of the fly-eye integrator irradiates the microlens array provided on the incident side of the conventional spatial light modulator in a superimposed manner.
[0004]
Each microlens element has a refracting surface having a curvature substantially rotationally symmetric with respect to the optical axis of each microlens element. Then, the microlens array condenses the light incident on each microlens element at each focal position. The microlens array is arranged such that the opening or the reflection surface of the spatial light modulator is located near the focal position of the microlens element.
[0005]
The distribution of the incident angle of the incident light near the center of the region of the microlens array is substantially rotationally symmetric with respect to the optical axis of the microlens element. Therefore, the microlens elements arranged near the center of the region of the microlens array focus the incident light near the focal position on the optical axis as described above. On the other hand, in the peripheral area where the microlens array is arranged, for example, the proportion of illumination light from a fly-eye type integrator obliquely incident on each optical axis of the microlens element from a specific direction increases. Will come. The light beam obliquely incident on the microlens element is focused on another focal position on the focal plane of the microlens element. For this reason, it is difficult for the light obliquely incident on the microlens element to enter the opening of the spatial light modulator provided near the focal position on the optical axis of the microlens element. Further, in an apparatus constituted by a plurality of optical members such as a projector, light may be kicked in the optical system in front of the spatial light modulator. As a result, there arises a problem that utilization efficiency of light transmitted through the microlens array is reduced. The problem that the light use efficiency is reduced is particularly remarkable in the microlens elements arranged in the outer peripheral arrangement portion.
[0006]
When a liquid crystal panel is used as the spatial light modulator, various wirings, electric elements, and the like for driving the spatial light modulator are provided in portions other than the openings of the spatial light modulator. Light incident on a portion other than the opening of the spatial light modulator may be reflected by a portion other than the opening of the spatial light modulator, thereby generating stray light in some cases. The occurrence of stray light may lower the contrast of the projected image. In addition, as a characteristic of the liquid crystal, the contrast may be reduced due to an increase in light components at a large angle with respect to the optical axis. The present invention has been made in view of the above-described problems, and efficiently condenses light at a predetermined position, reduces a generation of stray light, a microlens array, a spatial light modulator including the microlens array, An object of the present invention is to provide a projector and a method for manufacturing the microlens.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems and achieve the object, according to the present invention, a first surface having a curvature provided on an incident side of incident light, and a substantially transparent surface through which the incident light incident on the first surface is transmitted. A microlens array having a plurality of microlens elements each including a second surface having a planar shape, wherein the plurality of microlens elements are arranged on a reference plane having a predetermined region, and A position substantially at the center of the surface area is defined as a reference center position, and the plane contacting the first surface and the second surface when the plane contacting the first surface of the microlens element and the reference plane are substantially parallel to each other. When a position where a contact point with one surface is projected on the reference plane is defined as a vertex curvature position, the first surface is positioned on the base plane in accordance with the reference center position of the microlens element on the reference plane. Can be the center position and said apex of curvature located to provide a microlens array and having a predetermined distance as distinct of curvature in a predetermined direction.
[0008]
Each microlens element has a first surface having a curvature and a second surface that is in contact with a reference plane of the microlens array. For example, the first surface of the microlens element substantially at the center of the reference plane has a substantially rotationally symmetric shape with respect to a perpendicular passing through the reference center. In this case, the microlens element substantially at the center position of the reference plane condenses the light traveling in a direction substantially parallel to the optical axis near the on-axis focal position on a perpendicular line passing through the reference center position. The “reference center position” is a position substantially at the center of the region on the second surface of the microlens element. The opening or the reflecting surface of the spatial light modulator is arranged on a perpendicular passing through the reference center position. For this reason, the microlens element substantially at the center position of the reference plane focuses the light traveling in a direction substantially parallel to the optical axis on the opening or the reflecting surface of the spatial light modulator. Next, the first surface on the incident side of the microlens element in the outer peripheral portion of the microlens array has a curvature such that the reference center position and the vertex curvature position of the microlens element are different by a predetermined distance in a predetermined direction. The “vertex curvature position” means that a contact point between the plane contacting the first surface and the first surface is projected onto the reference plane when the plane contacting the first surface of the microlens element is substantially parallel to the reference plane. Position. In other words, the “vertex curvature position” is a position where a point on the first surface farthest from the second surface in a direction perpendicular to the reference plane is projected on the second surface. When the reference center position and the vertex curvature position of the microlens element are the same, the first surface has a substantially rotationally symmetric shape with respect to a perpendicular passing through the reference center position of the second surface. “The reference center position of the microlens element is different from the vertex curvature position” means that the first surface has an asymmetric shape with respect to a perpendicular passing through the reference center position. The shape that is asymmetrical with respect to a perpendicular passing through the reference center position is a shape that is inflected in a certain direction. The microlens element has a curved shape such that incident light obliquely incident from a direction in which the first surface is curved is condensed at an axial focal position of the microlens element. The microlens element can condense the obliquely incident light to the axial focal position by bending the first surface in the direction of the obliquely incident light. For each microlens element other than the microlens element substantially at the center position of the reference plane, the first surface has a curvature such that the reference center position and the vertex curvature position are different by a predetermined distance in a predetermined direction. In this way, the obliquely incident light is condensed at the on-axis focal position on a perpendicular passing through the reference center position. Thereby, light can be efficiently incident on the opening or the reflecting surface of the spatial light modulator. In addition, light rays incident on the protruding portion of the microlens element from an oblique direction are angle-converted to light rays that are substantially parallel to the direction of the optical axis, thereby suppressing kicking in the front optical system and improving light use efficiency. Contribute. Further, the occurrence of stray light can be reduced in order to prevent light from entering various wirings, electric elements, and the like of the spatial light modulator.
[0009]
The incident angle of obliquely incident light and the obliquely incident direction of light incident on the microlens array differ depending on the position of the microlens element on the reference plane of the microlens array. Light incident on the microlens elements located on the outer peripheral portion of the microlens array has a large proportion of light obliquely incident. Further, the ratio of obliquely incident light increases as the distance from the center position of the reference plane increases. Therefore, it is assumed that the predetermined direction between the reference center position and the vertex curvature position and the predetermined distance between the reference center position and the vertex curvature position correspond to the position of the microlens element on the reference plane of the microlens array. By associating the predetermined direction between the reference center position and the vertex curvature position and the predetermined distance between the reference center position and the vertex curvature position with the position of the microlens element, the microlens element is positioned on the reference plane. Light obliquely incident at different angles depending on the position can be focused on the opening or the reflecting surface of the spatial light modulator. Thereby, it is possible to obtain a microlens array that efficiently condenses light on the opening or the reflecting surface of the spatial light modulation element and reduces generation of stray light.
[0010]
In a preferred aspect of the present invention, the distance between the reference center position of the microlens element and a predetermined position on the reference plane, the reference center position of the microlens element, the microlens element It is desirable that the predetermined distance between the position and the apex curvature position is substantially proportional.
[0011]
As described above, the ratio of the light obliquely incident on the microlens element increases at the position of the outer peripheral arrangement portion distant from the center position of the microlens array. Therefore, the distance between the reference center position of the microlens element and a predetermined position on the reference plane, for example, the approximate center position of the reference plane, and the distance between the reference center position and the vertex curvature position of the microlens element Are set at the apex curvature positions of the microlens elements so that the above is approximately proportional. When the distance between the reference center position of the microlens element and the apex curvature position is increased, the first surface of the microlens element has an inflected shape that protrudes more. Therefore, as the distance between the reference center position of the microlens element and the approximate center position of the reference plane increases, the first surface of the microlens element has an inflected shape that protrudes more. When the first surface of the microlens element has an inflected shape such that it protrudes more, the oblique incident light having a larger incident angle is condensed near the on-axis focal position on a perpendicular line passing through the reference center position. Can be. Thereby, according to the distance between the reference center position of the microlens element and the approximate center position of the reference plane, the light having a large angle of oblique incidence of the incident light on the microlens array element is changed to the opening of the spatial light modulator or Light can be collected on the reflecting surface. As a result, light can be efficiently condensed on the opening or the reflecting surface of the spatial light modulator, and the generation of stray light can be reduced. The predetermined position is not limited to the substantially center position of the reference plane, but may be any position on the reference plane.
[0012]
In a preferred aspect of the present invention, an orientation of a predetermined position on the reference plane with respect to the reference center position of the micro lens element, and a vertex curvature position of the micro lens element with respect to the reference center position of the micro lens element Is desirably the same as the direction.
[0013]
As described above, the ratio of light obliquely incident on the microlens array increases at the position of the outer peripheral arrangement portion of the microlens array. Therefore, the vertex curvature position of the microlens element is provided so that the direction of the vertex curvature position with respect to the reference center position is the same as the predetermined position with respect to the reference center position, for example, the direction of the approximate center position of the reference plane. The first surface of the microlens element has an inflected shape such that it protrudes in the direction of the vertex curvature position of the microlens element with respect to the reference center position of the microlens element. Therefore, the first surface of the microlens element has a curvature such that it protrudes from the reference center position of the microlens element to the substantially center position of the reference plane. By providing such a curvature, the microlens element can condense the obliquely incident light in the vicinity of the on-axis focal position on a vertical line passing through the reference center position. Thereby, depending on the direction of the reference center position of the microlens element with respect to the substantially center position of the reference plane, the obliquely incident light having a large incident angle among the light incident on the microlens element is applied to the opening or the reflection surface of the spatial light modulator. Light can be collected. As a result, light can be efficiently condensed on the opening or the reflecting surface of the spatial light modulator, and the generation of stray light can be reduced.
[0014]
In a preferred aspect of the present invention, it is preferable that the plurality of microlens elements are arranged in a lattice shape that is substantially orthogonal on the reference plane. The modulators of the spatial light modulator are arranged in a substantially orthogonal lattice on a reference plane. By arranging the microlens elements in a grid shape that is substantially orthogonal on the reference plane, light can be efficiently condensed on the opening of the modulation unit or on the reflection surface. Accordingly, light can be efficiently condensed at a predetermined position which is an opening or a reflection surface of the modulation section, and generation of stray light can be reduced.
[0015]
Further, according to the present invention, there is provided a microlens array in which a plurality of microlens elements having a function of deflecting light are arranged on a reference plane, wherein the microlens element has a first surface having a curvature, A second surface having a substantially planar shape through which incident light incident on the first surface is transmitted, and a position of substantially the center of each of the regions of the second surface of the microlens element is defined as a reference center position; When the position where the substantially parallel surface and the first surface are in contact with each other is defined as a curvature vertex, the reference center position and the position where the curvature vertex is projected on the reference plane include a microlens element. A featured microlens array can be provided.
[0016]
For example, when a microlens element having a first surface that is substantially rotationally symmetric with respect to a perpendicular passing through the reference center position is arranged at the position of the outer peripheral arrangement portion of the reference plane, the other microlens elements are located at positions on the reference plane. The positions of the vertices of curvature are provided differently in accordance with this. The microlens element makes the first surface bend in the direction by making the reference center position different from the position where the curvature vertex is projected on the reference plane, so that the obliquely incident light can be efficiently shifted to the axial focal position. Light can be collected. In this way, a microlens array capable of efficiently condensing light on the opening or the reflecting surface of the spatial light modulator according to the angular distribution of the incident light incident on the microlens array can be obtained.
[0017]
Further, according to the present invention, a resist layer forming step of forming a resist layer on a substrate, a first patterning step of patterning the resist layer, and a first etching step of pre-etching the resist layer and the substrate A mask layer forming step of forming a mask layer on the substrate pre-etched in the first etching step, and a second patterning step of patterning the mask layer formed in the mask layer forming step A second etching step of etching the substrate through a pattern formed by the second patterning step; a center position of the pattern formed by the first patterning step; and a second patterning step. Characterized in that the position is different from the center position of the pattern formed by Method of manufacturing that the microlens array can be provided.
[0018]
The center position of the pattern formed on the substrate in the first etching step is different from the center position of the pattern formed on the mask layer in the second etching step. In addition, a sacrificial layer having a higher etching rate than the substrate can be used over the substrate that has been pre-etched in the first etching step. By using the sacrifice layer having an etching rate higher than that of the substrate, the sacrifice layer is quickly etched at the concave portion formed in the substrate in the second patterning step. The etching proceeds around the through portion formed by the second patterning step. When the etching progress site reaches the concave portion of the substrate, the sacrificial layer inside the concave portion of the substrate is etched earlier than the substrate. Since the position of the through portion of the mask layer, which is the etching center, is different from the position of the concave portion of the substrate, the substrate can be formed with an asymmetric concave portion in which the concave position of the substrate is deflected so as to be depressed. . Thereafter, by forming an optically transparent resin layer on the asymmetrical concave portion formed on the substrate, a microlens element having a curvature different from the reference center position and the vertex curvature position on the first surface can be formed. . By setting the horizontal position of the concave portion by the patterning of the mask layer with respect to the concave position of the substrate to a predetermined position, the vertex curvature position with respect to the reference center position on the first surface of the microlens element can be set on the reference plane of the microlens array. The position can be set in a predetermined direction according to the position of the lens element. Further, by setting the horizontal distance between the concave portion position of the substrate and the concave position formed by patterning of the mask layer to a predetermined distance, the vertex curvature position with respect to the reference center position for the first surface of the microlens element can be determined with respect to the microlens array reference position. The position can be a predetermined distance corresponding to the position of the microlens element on the plane. Thus, the above-described microlens array can be manufactured.
[0019]
Further, according to the present invention, the micro lens array for condensing the incident light, and a spatial modulation element for modulating the incident light condensed by the micro lens array, the micro lens array, It is possible to provide a spatial light modulator that is arranged on the incident side of the spatial light modulator. Since the microlens array is provided on the incident side, incident light can be efficiently condensed on the opening. Thereby, an efficient spatial light modulator can be obtained.
[0020]
Further, according to the present invention, a light source unit that supplies light, a spatial light modulator that modulates light from the light source unit according to an image signal, and a projection that projects light modulated by the spatial light modulator And a lens, wherein the spatial light modulator is the spatial light modulator described above.
[0021]
By providing the microlens array on the incident side of the spatial light modulator, light from the light source unit can be efficiently condensed on the opening or the reflective surface of the spatial light modulator. Thereby, the light use efficiency of the projector can be improved. The liquid crystal device, which is a spatial light modulator, has a characteristic that the contrast is improved when the incident angle of the incident light is parallel to the optical axis direction. Therefore, by making the shape of the microlens element in the outer peripheral portion of the microlens array asymmetric and making the refraction angle of the incident light parallel to the optical axis, it contributes to the improvement of the contrast. Further, it is possible to prevent light from being incident on a portion other than the opening of the spatial light modulation element, in which various wirings and electric elements are provided. Accordingly, it is possible to prevent light from being reflected by various wirings and electric elements of the spatial light modulation element, and to reduce generation of stray light. As a result, a projector with a bright projected image and high contrast can be obtained. Note that the projector of the present invention is not limited to a projector in which light from a light source unit is superimposedly irradiated by a fly-eye integrator to make the light uniform. If the use efficiency of light from the light source unit can be improved by using the above-described microlens array, a projector using a device other than a fly-eye integrator is included in the projector of the present invention. I do.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(1st Embodiment)
FIG. 1 shows a schematic configuration of the microlens array according to the first embodiment. Note that the microlens array 100 of the present embodiment will be described as applied to a liquid crystal display device that is a spatial light modulator of a projector. The microlens array 100 is disposed on a reference plane 20 in a predetermined area substantially perpendicular to the Z direction which is the optical axis direction and substantially parallel to the XY plane. The microlens array 100 has a plurality of microlens elements 10 arranged on a reference plane 20. The plurality of microlens elements 10 are arranged in a substantially orthogonal lattice on the reference plane 20. For the sake of understanding the microlens array 100 of the present invention, the following description will be made assuming that the microlens elements 10 are arranged in 5 rows and 5 columns on the reference plane 20 of the microlens array 100. In the microlens array 100 shown in FIG. 1, five microlens elements 10 are arranged in a row in the X direction and five in a row in the Y direction on the reference plane 20.
[0023]
Each microlens element 10 is provided on a side on which incident light is incident, and includes a first surface S1 having a curvature and a second surface S2 having a substantially planar shape through which the incident light incident on the first surface is transmitted. In FIG. 1, each microlens element 10 is indicated by the outline (outer peripheral arrangement portion) of the second surface S2. The outline of the second surface S2 of each microlens element 10 is substantially circular. Each microlens element 10 is arranged such that the second surface S2 is in contact with the reference plane 20. Also, FIG. 1 does not show the first surface S1 of each microlens element 10. The first surface S1 of each microlens element 10 has a curvature with its convex surface directed in the negative direction of the Z axis with respect to the second surface S2. As will be described later, light incident on the microlens array 100 is incident on the first surface S1 of the microlens element 10 and exits from the second surface S2. The micro lens array 100 sets the center position O as a substantially center position of the reference plane 20. The optical axis OZ of the light incident on the microlens array 100 passes through the center position O of the reference plane 20 and is an axis parallel to the Z axis. The details of the reference center position C, the vertex curvature position T, and the distance D of the microlens element 10 will be described later.
[0024]
FIG. 2 shows a cross section of the microlens array 100 along the line AA ′ shown in FIG. 1 viewed from the plus direction of the X axis. The five microlens elements 10 arranged on the straight line AA ′ shown in FIG. 1 are microlens elements 10a, 10b, 10c, 10d, and 10e, respectively, as shown in FIG. The five microlens elements 10a to 10e respectively have first surfaces S1a, S1b, S1c, S1d, and S1e having curved surfaces, and second surfaces S2a, S2b, S2c, S2d, and S2e that are planes that are in contact with the reference plane 20. Having. The micro lens array 100 is arranged so that the reference plane 20 and the spatial light modulator 200 are in contact with each other. The five microlens elements 10a to 10e condense incident light to the openings Ka, Kb, Kc, Kd, and Ke of the liquid crystal display device 200, respectively. The incident light of the microlens array element 10 and the manner in which the incident light is focused on the openings Ka to Ke of the liquid crystal display device 200 will be described later.
[0025]
Next, how the light from the light source irradiates the microlens array 100 will be described. FIG. 3A schematically illustrates a configuration example until light from the light source unit irradiates the spatial light modulator 200. The lighting device 300 includes a light source unit 301 and a reflector 302. Light from the light source unit 301 is emitted directly or by reflecting off the reflector 302. Light from the light source unit 301 is made substantially parallel by an illumination optical system (not shown), and then enters the fly-eye integrator 310. The fly-eye integrator 310 has a first lens array 311 and a second lens array 312. Each of the first lens array 311 and the second lens array 312 has a configuration in which lens elements are arranged in a matrix on a plane. Each lens element of the first lens array 311 divides a light beam parallel to the principal ray into a plurality of partial light beams, and forms an image of each of the partial light beams near the second lens array 312. The lens elements of the second lens array 312 cause the respective partial light beams from the first lens array 311 to enter the micro lens array 100. The fly-eye integrator 310 projects the light entering the incident surface of each lens element onto the entire microlens array 100 and superimposes the light from each lens element, thereby reducing the illuminance distribution of the light in the microlens array 100. Make it even. For this reason, the light from the lens element of the fly-eye integrator 310 is irradiated onto the microlens array 100 in a superimposed manner. The micro lens array 100 is arranged on the light incident side of the spatial light modulator 200 with the first surface S1 of the micro lens element 10 facing the incident side. Further, the reference plane 20 of the microlens array 100 and the spatial light modulator 200 are arranged so as to be substantially perpendicular to the optical axis OZ. Further, the fly-eye integrator 310, the microlens array 100, and the center position of the fly-eye integrator 310 and the center position O of the reference plane 20 are arranged so as to be located substantially on the optical axis OZ. .
[0026]
Next, the relationship between the position of the microlens array 100 in the XY plane on the reference plane 20 and the incident light will be described. FIG. 3B shows the reference plane 20 of the microlens array 100 divided into nine square regions in a grid pattern. Each region obtained by dividing the microlens array 100 into nine parts will be described with numbers 1 to 9 as shown in FIG. FIG. 4 shows the distribution of the incident angle for each region of the microlens array 100 shown in FIG. 4A to 4I, the vertical axis represents the incident angle in the X direction, and the horizontal axis represents the incident angle in the Y direction. The angle distribution shown in FIG. 4A is a distribution of the incident angle of the incident light in the region 1 of the microlens array 100 shown in FIG. Hereinafter, the distributions of the incident angles shown in FIGS. 4B to 4I correspond to the regions 2 to 9 in FIG. 3B, respectively. The angle distributions shown in FIGS. 4A to 4I indicate that the distribution of the incident angle changes depending on the positions of the regions 1 to 9 on the reference plane 20 in the microlens array 100, as described later. Things. The graphs in FIGS. 4A to 4I qualitatively show the distribution of the incident angle of the incident light on the microlens array 100 for each region.
[0027]
The region 5 of the microlens array 100 shown in FIG. 3B is located substantially at the center of the reference plane 20 of the microlens array 100. FIG. 5A schematically shows how light from the fly-eye integrator 310 is superimposed on the region 5 of the microlens array 100. As shown in FIG. 5A, light from the fly-eye type integrator 310 is irradiated onto the region 5 of the microlens array 100 so as to be superimposed substantially symmetrically with respect to the optical axis OZ.
[0028]
The region 8 of the microlens array 100 shown in FIG. 3B is located in the −X direction of the region 5 located at the center of the microlens array 100 on the reference plane 20 of the microlens array 100. FIG. 5B schematically shows how light from the fly-eye integrator 310 is superimposed on the region 8 of the microlens array 100. As shown in FIG. 5B, in the region 8 of the microlens array 100, the proportion of light obliquely incident from the + X direction on the straight line L8 passing through the approximate center of the region 8 and parallel to the optical axis OZ increases. As described above, of the incident light in the region 8 of the microlens array 100, the light having the large incident angle is light obliquely incident from the + X direction.
[0029]
The distribution of the incident angle of the incident light is shown for the regions 1 to 4, the region 6, the region 7, and the region 9 of the microlens array 100 shown in FIG. (See FIGS. 4 (a) to 4 (d), (f), (g) and (i)). Note that the distribution of the incident angle of the incident light also differs depending on the position in each of the regions 1 to 9. For this reason, FIGS. 4A to 4I all show the angular distribution at the approximate center position of the regions 1 to 9 of the microlens array 100. The angle of the light beam emitted from the fly-eye integrator 310 depends on the reflector 302 of the light source unit 300 and the illumination optical system (not shown), the design of the fly-eye 312, and the installation of the microlens array 100 shown in FIG. Depends on location. For this reason, the incident angle of each light beam incident on the microlens array 100 from the fly-eye integrator 310 is determined by the reflector 302 of the light source unit 300 and the illumination optical system (not shown). Each light beam incident on the microlens array 100 of the present embodiment is aligned by the reflector 302 such that the maximum incident angle is approximately 16 °.
[0030]
Next, a reference center position C, a vertex curvature position T, and a distance D of the microlens element 10 will be described with reference to FIG. 6A to 6E show sectional views of the microlens elements 10a to 10e. 6A to 6E show the same plane as the cross section shown in FIG. The approximate center positions of the regions of the second surfaces S2a to S2e of the five microlens elements 10a to 10e are referred to as reference center positions Ca, Cb, Cc, Cd, and Ce, respectively. 6A to 6E, the vertical axis is a perpendicular line of the second surfaces S2a to S2e passing through the reference center positions Ca to Ce. In other words, the vertical axis is a straight line that passes through the reference center positions Ca to Ce and is parallel to the Z axis. The horizontal axis is a straight line in the Y direction on the reference plane 20.
[0031]
In the microlens element 10a shown in FIG. 6A, a plane Ba substantially parallel to the reference plane 20 and the first surface S1a are in contact with each other at a contact point Pa. The contact point Pa is a point on the first surface S1a farthest from the second surface S2a. The position where the contact point Pa is projected on the reference plane 20 is defined as a vertex curvature position Ta. The microlens elements 10b to 10e shown in FIGS. 6B to 6E are also similar to the microlens element 10a shown in FIG. To Be, the vertex curvature positions Tb to Te are determined. As described above, the vertex curvature positions Ta to Te are points where the points on the first surfaces S1a to S1e farthest in the Z direction from the second surfaces S2a to S2e are projected onto the second surfaces S2a to S2e.
[0032]
First, the curvature of the first surface S1c of the microlens element 10c shown in FIG. 6C will be described. The microlens element 10c is arranged at a center position O which is a predetermined position on the reference plane 20. The reference center position Cc and the vertex curvature position Tc of the microlens element 10c are the same as the center position O of the reference plane 20. The optical axis OZ of the incident light is the same as the vertical axis of the micro lens element 10c. The microlens element 10c is located substantially at the center of the region 5 of the microlens array 100 shown in FIG. As described with reference to FIG. 4E, in the region 5, the incident angles of light are substantially rotationally symmetric about the angle 0 in both the X and Y directions. Therefore, as shown in FIG. 6C, the first surface S1c of the microlens element 10c is formed to be substantially rotationally symmetric with respect to the optical axis OZ. Since the shape is substantially rotationally symmetric with respect to the optical axis OZ, the first surface S1c of the microlens element 10c is, for example, a substantially spherical surface. The microlens element 10c can condense light to an axial focal position on the optical axis OZ by making the first surface S1c substantially symmetrical with respect to the optical axis OZ.
[0033]
Next, the curvature of the first surface S1a of the microlens element 10a shown in FIG. 6A will be described. The micro lens element 10a is located at the outermost peripheral portion of the micro lens array 100. As shown in FIG. 4D, in the outer peripheral arrangement portion, the incident angle of light has a distribution centered on 0 in the X direction and positive coordinates in the Y direction. For this reason, light incident on the microlens element 10a has a large proportion of light obliquely incident from the Y direction.
[0034]
Therefore, as shown in FIG. 6A, the first surface S1a of the microlens element 10a is formed into an asymmetric shape with respect to a perpendicular to the second surface S2a passing through the reference center position Ca. The first surface S1a of the microlens element 10a is provided with a vertex curvature position Ta having a curvature such that the vertex curvature position Ta differs from the reference center position Ca by a predetermined distance in a predetermined direction. This allows the first surface Sa1 of the microlens element 10a to have an asymmetric shape with respect to a perpendicular to the second surface S2a passing through the reference center position Ca. Similarly to the case of the microlens element 10a, the microlens elements 10b, 10d, and 10e are provided with respective apex curvature positions Tb, Td, and Te to have an asymmetric shape. Hereinafter, the direction of the vertex curvature position Ta with respect to the reference center position Ca and the distance between the reference center position Ca and the vertex curvature position Ta will be described.
[0035]
As described above, the proportion of light incident on the microlens element 10a obliquely incident from the Y direction with respect to the perpendicular to the second surface S2a passing through the reference center position Ca is large. Therefore, the vertex curvature position Ta is shifted from the reference center position Ca in the positive direction in the Y direction. The positive direction in the Y direction obtained by shifting the vertex curvature position Ta from the reference center position Ca is the direction of the center position O, which is a predetermined position on the reference plane 20 with respect to the reference center position Ca. By providing the apex curvature position Ta in this way, the microlens element 10a has an asymmetric shape. The first surface S1a of the microlens element 10a having a curvature such that the vertex curvature position Ta is shifted from the reference center position Ca to the positive direction in the Y direction is inflected so as to protrude in the positive direction in the Y direction. Shape.
[0036]
Next, the distance between the reference center position and the vertex curvature position will be described using the microlens element 10a and the microlens element 10b as an example. The micro lens element 10a and the micro lens element 10b have the same orientation of the center position O, which is a predetermined position on the reference plane 20, with respect to the reference center positions Ca and Cb. Accordingly, the microlens element 10a and the microlens element 10b have a common feature that the respective vertex curvature positions Ta and Tb are shifted in the positive direction in the Y direction. On the other hand, the difference between the microlens element 10a and the center position O of the reference plane 20 is larger than the distance between the microlens element 10b and the center position O of the reference plane 20. The light from the microlens array 100 is radiated substantially rotationally symmetrically with respect to the optical axis OZ at a center position O, which is a point on the optical axis OZ on the reference plane 20. The incident angle component increases. The incident angle and oblique incident angle component of light obliquely incident on the microlens element 10a are larger than the incident angle of light obliquely incident on the microlens element 10b (see FIG. 2). Further, since the incident angle and the oblique incident angle component of the obliquely incident light increase as the distance from the center position O increases, for example, the incident angle and the oblique incident angle component of the obliquely incident light on the microlens element 10a are transmitted to the microlens element 10b. This is approximately twice the maximum value of the incident angle of obliquely incident light.
[0037]
From here, the distance between the reference center position Ca and the vertex curvature position Ta will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 2, the distance D2a between the center position O and the reference center position Ca is approximately twice the distance D2b between the center position O and the reference center position Cb. As shown in FIG. 6B, the distance D1b between the reference center position Cb of the microlens element 10b and the vertex curvature position Tb is the length α. At this time, the distance D1a between the reference center position Ca and the vertex curvature position Ta of the microlens element 10a is 2α in length. The length of the distance D1a is twice the length of the distance D1b. In this way, the distance D2a between the reference center position Ca and the center position O of the reference plane 20 and the distance D1a between the reference center position Ca and the vertex curvature position Ta are made substantially proportional. Thus, for the microlens element 10a, the distance D2a between the reference center position Ca and the center position O, which is a predetermined position on the reference plane 20, and the distance between the reference center position Ca and the vertex curvature position Ta. Apex curvature positions Ta and Tb are provided so that D1a is approximately proportional to D1a.
[0038]
Thus, the microlens element 10a has a shape such that the vertex curvature position Ta and the reference center position Ca differ by a predetermined distance in a predetermined direction according to the reference center position Ca of the microlens element 10a on the reference plane 20. I do. The first surface S1a of the microlens element 10a has a shape that is curved so as to protrude in the positive direction in the Y direction. The first surface S1b of the microlens element 10b also has a shape that is curved so as to protrude in the positive Y direction. Further, the first surface S1a of the microlens element 10a has an inflected shape so as to extend substantially twice as large as the first surface S1b of the microlens element 10b. By forming the first surface S1a of the microlens element 10a in such a shape, the on-axis focal position on the perpendicular to the second surface S2a that efficiently passes light obliquely incident on the microlens element 10a through the reference center position Ca Light can be collected in the vicinity. Thus, the obliquely incident light can be efficiently collected on the opening Ka (see FIG. 2) of the liquid crystal display device 200. As shown in FIGS. 6 (b), (d), and (e), the micro lens elements 10b, 10d, and 10e have the same reference center positions Cb, Cd, and C on the reference plane 20 as in the case of the micro lens element 10a. According to Ce, the shape is such that the apex curvature positions Tb, Td, Te differ from the reference center positions Cb, Cd, Ce by a predetermined distance in a predetermined direction. Thus, the light can be efficiently collected on the openings Kb, Kd, and Ke (see FIG. 2) of the liquid crystal display device 200. FIG. 1 shows that the vertex curvature positions T of the microlens elements 10 of the microlens array 100 are different from each other by a predetermined distance in a predetermined direction in the same manner as the microlens element 10a.
[0039]
FIG. 7 shows how the microlens elements 10c and 10e collect incident light. Consider a case where substantially parallel light parallel to the optical axis OZ is incident on the center position O of the microlens array 100. At the center position O of the microlens array 100, a microlens element 10c shown in FIG. 7A is provided. The first surface S1c of the microlens element 10c has a substantially symmetric shape with respect to the optical axis OZ. The microlens element 10c collects light substantially parallel to the optical axis OZ in the vicinity of the on-axis focal position. Thereby, the substantially parallel light can be efficiently focused on the opening Kc of the liquid crystal display device 200 provided at the on-axis focal position. FIG. 7C shows a state in which substantially parallel light substantially parallel to the optical axis OZ is incident on the microlens element 10e. The first surface S1e of the microlens element 10e has a curvature such that the vertex curvature position Te differs from the reference center position Ce by a predetermined distance in a predetermined direction. Light substantially parallel to the optical axis OZ that has entered the microlens element 10e is collected at an off-axis focal position other than on a perpendicular to the second surface S2e passing through the reference center position Ce. For this reason, light is condensed at a position other than the opening Ke of the liquid crystal display device 200, and the light use efficiency is reduced.
[0040]
Next, a case where light is incident on the outer peripheral portion of the microlens array 100 from an oblique direction will be considered. For example, when the microlens element 10c is arranged on the outer peripheral arrangement portion of the microlens array 100, as shown in FIG. 7B, light is incident on the microlens element 10c from an oblique direction. Light incident on the microlens element 10c from an oblique direction is collected near an off-axis focal point other than on a perpendicular to the second surface S2c passing through the reference center position Cc. For this reason, the obliquely incident light is collected at a position other than the opening Kc of the liquid crystal display device 200, and the light use efficiency is reduced. FIG. 7D shows a state in which light enters the microlens element 10e from an oblique direction. The microlens element 10e can efficiently collect light obliquely incident on the position of the opening Ke of the liquid crystal display device 200. As described above, the microlens element 10c having a substantially rotationally symmetric shape with respect to the optical axis OZ is provided at the substantially central position O of the microlens array 100. Further, a microlens element 10 having a shape in which the vertex curvature position T is inflected so as to be different from the reference center position C by a predetermined distance in a predetermined direction is provided on the outer peripheral portion of the microlens array 100. Thereby, the microlens array 100 can efficiently condense the light beam incident on the arrangement position of each microlens element 10 to each opening of the liquid crystal display device 200.
[0041]
Returning to FIG. 6, the five microlens elements 10a to 10e will be described. The five microlens elements 10a to 10e are located at the apex curvature positions so as to determine the curvatures of the first surfaces S1a to S1e of the microlens elements 10a to 10e according to the positions of the microlens elements 10a to 10e in the microlens array 100. Ta to Te are provided. Accordingly, light obliquely incident on the outer peripheral portion of the microlens array 100 and light incident substantially perpendicularly at the center position O can be efficiently condensed at an on-axis focal position on a perpendicular passing through the reference center position. it can. For all the microlens elements 10 on the microlens array 100, a vertex curvature position T suitable for the arrangement position of each microlens element 10 is provided similarly to the five microlens elements 10a to 10e. For example, with respect to the microlens element 10 at a position near a diagonal line of the reference plane 20 of the microlens array 100, the vertex curvature position T is a position shifted obliquely from the reference center position C. Thus, the obliquely incident light can be efficiently collected on the opening. In this manner, the light obliquely incident on the outer peripheral portion of the microlens array 100 and the light incident substantially perpendicularly at the center position O are efficiently condensed at the on-axis focal position on a perpendicular passing through the reference center position C. can do. As a result, according to the distance and direction between the reference center position C of the microlens element 10 and the substantially center position O of the reference plane 20, an effect of efficiently condensing light at the opening of the spatial light modulator can be obtained. Play.
[0042]
The opening of the liquid crystal display device 200 and a region other than the opening will be described. FIG. 12 shows an opening 1200 of the liquid crystal display device 200 and a light shielding area BM other than the opening 1200. The liquid crystal display device 200 has a number of openings 1200 corresponding to the number of pixels. FIG. 12 shows a state in which four openings 1200 are arranged in a row and four openings are arranged in a column in the liquid crystal display device 200 in order to briefly describe the opening and the region other than the opening. Is shown. Further, various wirings, electric elements, and the like are arranged in the shaded area BM indicated by oblique lines in FIG. The microlens element 10 of the microlens array 100 can efficiently collect incident light to the opening 1200. Further, since the light is efficiently condensed on the opening 1200, it is possible to prevent the light from being incident on the light shielding region BM. When light enters the light-blocking region BM, the light is absorbed by the light-blocking region BM, thereby causing a reduction in light use efficiency. Further, as a characteristic of the liquid crystal, the contrast of the projected image increases as the light enters the opening 1200 from a direction closer to the vertical. Therefore, even if the light transmitted through the opening 1200 has many components having a large angle with respect to the optical axis OZ, the contrast of the projected image is reduced. Since the microlens array 100 of the present invention deflects the incident light so as to be substantially parallel to the optical axis OZ, it is possible to prevent the light from being incident on the light shielding area BM and being absorbed, and to reduce the contrast of the projected image. Can be prevented. As a result, there is an effect that a decrease in light use efficiency can be reduced and a projected image of the projector can be made high in contrast.
[0043]
The predetermined position on the reference plane 20 is not limited to the center position O of the reference plane 20, but may be any position on the reference plane 20. A modified example of the present invention will be described using the microlens element 100 shown in FIG. 6A as an example. In the microlens array 100 of the present invention, when a position where the surface Ba substantially parallel to the reference plane 20 and the first surface S1a are in contact with each other is defined as a curvature vertex Pa, the reference center position Ta and the curvature vertex Pa are set on the reference plane 20. Includes a microlens element 10a having a different apex curvature position Ta projected onto the microlens element 10a. The microlens element 10a efficiently collects obliquely incident light at the on-axis focal position by making the reference center position Ca of the microlens element 10a different from the position where the curvature vertex Pa is projected on the reference plane 20. Can be lighted. For example, when the microlens element 10 having the first surface having a substantially rotationally symmetric shape with respect to a perpendicular passing through the reference center position is arranged at the position of the outer peripheral arrangement portion of the reference plane 20, the other microlens elements 10 The position of the curvature vertex Pa is provided differently according to the upper position. Thus, the microlens array 100 capable of efficiently condensing light on the opening or the reflection surface of the liquid crystal display device 200 according to the angular distribution of the incident light incident on the microlens array 100 is obtained.
[0044]
(2nd Embodiment)
Next, a method for manufacturing a microlens element according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 shows a procedure of a method for manufacturing a microlens element according to the second embodiment. First, as shown in FIG. 8A, a resist layer 802 is formed on a substrate 801. Next, a recess having an asymmetric shape is formed in the resist layer 802 on the substrate 801 by a gray scale lithography technique. In the gray scale lithography, for example, a mask can be used in which the photosensitive layer is changed in quality by using a laser beam of a specific wavelength on photosensitive glass, and the light transmittance continuously varies depending on the location. First, a layer in which the light transmittance is continuously changed corresponding to a desired lens shape is formed on the photosensitive glass in the shape of the microlens element 10. The light transmittance of the photosensitive glass decreases due to deterioration. Exposure light is transmitted through this photosensitive glass to expose the resist layer 802. Exposure light is more transmitted in a portion of the photosensitive glass where the change in light transmittance is small. For this reason, the resist layer 802 is more strongly exposed to the exposure light beam transmitted through the layer of the photosensitive glass having a small change in light transmittance. For example, when a positive resist is used, portions exposed more strongly by exposure light are removed by development, and a desired lens shape is formed on the resist layer 802 as shown in FIG. In this manner, a concave portion having the shape of the first surface S1 of the microlens element 10 can be formed in the resist layer 802. Grayscale lithography can use an area gradation mask in addition to using photosensitive glass. The area gradation mask is a method in which the exposure area is varied stepwise according to a desired shape. Even with this method, the shape of the first surface S1 of the microlens element 10 having an asymmetric shape can be formed. According to the gray scale lithography technique, a concave portion having an aspherical shape can be easily formed.
[0045]
Next, in a state where a concave portion having the shape of the first surface S1 of the microlens element 10 is formed in the resist layer 802, CHF 3 And CF 4 Dry etching with a fluorine-based gas such as By performing dry etching, the shape of the resist layer 802 can be transferred to the substrate 801. Thereby, as shown in FIG. 8C, a concave portion having the shape of the first surface S1 of the microlens element 10 can be formed on the substrate 801. Next, an optical transparent resin layer 805 is formed on the substrate 801 on which the concave portion having the shape of the first surface S1 of the microlens element 10 is formed. By forming the optically transparent resin layer 805 on the concave portion having the shape of the first surface S1 of the microlens element 10 on the substrate 801, the asymmetric microlens element 10 can be formed. Further, by forming a cover glass 806 on the optically transparent resin layer 805, the microlens array 100 can be obtained.
[0046]
(Third embodiment)
Next, a method for manufacturing a microlens element according to the third embodiment of the present invention will be described. 9 and 10 show a procedure of a method for manufacturing a microlens element according to the third embodiment. First, as shown in FIG. 9A, a resist layer 902 is formed on a substrate 901 by a resist layer forming step. Next, as shown in FIG. 9B, in a first patterning step, the resist layer 902 formed on the substrate 901 by the resist layer forming step is patterned. Next, as in the second embodiment, the resist layer 902 and the substrate 901 are etched by a first etching step which is dry etching. Thereby, as shown in FIG. 9C, a concave portion 910 is formed in the substrate 901. The position of the concave portion 910 formed on the substrate 901 is substantially the same as the position where the resist layer 902 is patterned in the first patterning step.
[0047]
Next, as shown in FIG. 9D, a sacrificial layer 903 having an etching rate different from the etching rate of the substrate 901 is formed on the substrate 901 having the concave portion formed in the first etching step. The sacrificial layer 903 is a film having an etching rate higher than that of the substrate 901, for example, silicon oxide having a higher etching rate than glass. Next, as shown in FIG. 9E, a mask layer 904 is formed on the sacrificial layer 903 by a mask layer forming step. This mask layer 904 is formed of, for example, polysilicon, chromium, or an alloy thereof. Further, as shown in FIG. 9F, the mask layer 904 is patterned at a position different from the concave portion 910 of the substrate 901 by the same photolithography, dry etching, or laser processing as described above. Thus, a mask layer 904 that is patterned at a position different from the concave portion 910 of the substrate 901 is formed on the sacrificial layer 903. Here, the “different position” means that the position of the penetrating portion 911 formed in the mask layer 904 by patterning and the position of the concave portion 910 of the substrate 901 are different positions when each is projected on a horizontal plane. I do.
[0048]
Next, as shown in FIG. 10A, the sacrifice layer 903 and the substrate 901 are etched in a second etching step. The etching is performed through the penetrating portion 911 formed in the mask layer 904. First, the sacrificial layer 903 is etched substantially concentrically around the penetrating portion 911 of the mask layer 904. When the etching progresses to the substrate 901, the substrate 901 is also etched around a position substantially perpendicular to the penetrating portion 911 of the mask layer 904. At this time, since the etching rate of the sacrificial layer 903 is higher than that of the substrate 901, the etching rate of the substrate 901 is lower than that of the sacrificial layer 903. Here, the inside of the concave portion 910 of the substrate 901 is a sacrificial layer 903 having an etching rate different from that of the substrate 901. Therefore, when the location where the etching proceeds reaches the concave portion 910 of the substrate 901, the concave portion 910 of the substrate 901 is etched quickly. Since the concave portion 910 is etched earlier, the center position of the progress of the etching is shifted toward the concave portion 910 of the substrate 901. In this way, by making the center position of the etching progress position different from the position of the penetrating portion 911 of the mask layer 904, a concave portion 912 having an asymmetric shape is formed on the substrate 901 as shown in FIG. Can be. Further, as shown in FIG. 10C, only the substrate 901 in which the asymmetric concave portion 912 is formed by the process of removing the mask layer 904 and the sacrificial layer 903 is obtained. The mask layer 904 and the sacrificial layer 903 can be removed by wet etching with a hydrofluoric acid solution. Thereafter, as shown in FIG. 10D, an optical transparent resin layer 905 is formed on the asymmetrical concave portion 912 formed on the substrate 901. By forming the optically transparent resin layer 905 on the asymmetric recess 912 on the substrate 901, the asymmetric microlens element 10 of the present invention can be formed. Further, by forming a cover glass 906 on the optically transparent resin layer 905, the microlens array 100 can be obtained.
[0049]
When the position of the through portion 911 on the mask layer 904 is changed with respect to the position of the concave portion 910 of the substrate 901, the direction of the vertex curvature position T with respect to the reference center position C is different from the first surface S 1 of the microlens element 10. Such a curvature can be obtained. When the horizontal distance between the position of the concave portion 910 of the substrate 901 and the position of the penetrating portion 911 of the mask layer 904 is changed, the reference center position C, the vertex curvature position T, and the first surface S1 of the microlens element 10 are changed. Can be curved so that the distance between the two is different. Therefore, by setting the position of the concave portion 910 of the substrate 901 and the position of the penetrating portion 911 on the mask layer 904 in a predetermined direction and a predetermined distance, the vertex curvature position T of the microlens element 10 can be changed to the reference center position C From a predetermined distance in a predetermined direction. This allows the vertex curvature position T of the microlens element 10 to be a position on the reference plane 20 of the microlens array 100 that has a curvature corresponding to the position of the microlens element 10. The direction and distance between the position of the concave portion 910 of the substrate 901 and the position of the through portion 911 on the mask layer 904 can be set for each microlens element 10 to be manufactured. Thereby, the above-described microlens array 100 can be obtained. In the manufacturing method of the present embodiment, the direction and distance between the position of the concave portion 910 of the substrate 901 and the position of the through portion 911 of the mask layer 904 are changed. However, the invention is not limited thereto, and the recess 910 of the substrate 901 may be shallower and have a larger area without providing the sacrificial layer 903. Also in this case, similarly to the above-described manufacturing method, by etching after patterning so that the center position of the penetrating portion 911 of the mask layer 904 and the center position of the concave portion 910 are different, the apex curvature position T of the microlens element 10 is obtained. Can be changed. Further, the sacrificial layer 903 may not be provided, and a plurality of recesses 910 may be provided in the shape of the first surface S1 of the microlens element 10. In this case, the apex curvature position T of the microlens element 10 can be changed by changing the number and position of the concave portions 910 and performing etching.
[0050]
(Fourth embodiment)
FIG. 11 shows a schematic configuration of a projector according to a fourth embodiment of the invention. In the projector 1100 of the present embodiment, the microlens array 100 is provided on each of the three liquid crystal display devices on the light incident side. The lighting device 1110 includes a light source unit 1111 that supplies light and a reflector 1112. For the light source portion 1111, an ultra-high pressure mercury lamp can be used. The light source unit 1111 supplies light including R light that is a first color light, G light that is a second color light, and B light that is a third color light. Light from the light source unit 1111 is emitted directly or by reflecting off the reflector 1112. The light from the light source 1111 is made substantially parallel to the principal ray by an illumination optical system (not shown), and then enters the fly-eye integrator 1120. The fly-eye integrator 1120 equalizes the illuminance distribution of the light from the illumination device 1110. The configuration of the fly-eye integrator 1120 for making the illuminance distribution of light uniform is the same as the configuration of the fly-eye integrator 310 described with reference to FIG.
[0051]
The light whose illuminance distribution has been made uniform by the fly-eye integrator 1120 is converted by the polarization conversion element 1130 into polarized light having a specific vibration direction, for example, s-polarized light. The light converted into the s-polarized light is incident on the R light transmitting dichroic mirror 1140R constituting the color separation optical system. Hereinafter, the R light will be described. The R light transmitting dichroic mirror 1140R transmits the R light and reflects the G light and the B light. The R light transmitted through the R light transmitting dichroic mirror 1140R enters the reflection mirror 1145. The reflection mirror 1145 bends the optical path of the R light by 90 degrees. The R light whose optical path is bent enters the R lens microlens array 100R. The microlens array for R light 100R is the same as the microlens array 100 described in the first embodiment. The R light emitted from the R lens microlens array 100R enters the R light liquid crystal display device 110R. The R light liquid crystal display device 1150R is a transmissive liquid crystal display device that modulates R light according to an image signal. Since the polarization direction of the light does not change even when the light passes through the dichroic mirror, the R light incident on the R light liquid crystal display device 1150R remains in the s-polarized light state. The s-polarized light incident on the R-light liquid crystal display device 1150R is converted to p-polarized light, and then converted to s-polarized light by modulation according to an image signal. The R light converted into the s-polarized light by the modulation enters a cross dichroic prism 1160 which is a color combining optical system.
[0052]
Next, the G light will be described. The light paths of the G light and the B light reflected by the R light transmitting dichroic mirror 1140R are bent by 90 degrees. The G light and the B light whose optical paths are bent enter the B light transmitting dichroic mirror 1140B. The B light transmitting dichroic mirror 1140B reflects the G light and transmits the B light. The G light reflected by the B light transmitting dichroic mirror 1140B enters the G light microlens array 100G. The microlens array 100G for G light is the same as the microlens array 100 described in the first embodiment. The R light emitted from the G light microlens array 100G enters the G light spatial light modulator 1150G. The G light spatial light modulator 1150G is a transmissive liquid crystal display device that modulates G light according to an image signal. The G light incident on the G light spatial light modulator 1150G has been converted into s-polarized light. The s-polarized light that has entered the spatial light modulator for G light 1150G is converted into p-polarized light by modulation according to the image signal. The G light converted into p-polarized light by the modulation enters a cross dichroic prism 1160 which is a color combining optical system.
[0053]
Next, the B light will be described. The B light transmitted through the B light transmitting dichroic mirror 1140B is incident on the B light microlens array 100B via two relay lenses 1142 and 1143 and two reflection mirrors 1146 and 1147. The microlens array 100B for B light is the same as the microlens array 100 described in the first embodiment. The B light emitted from the B light microlens array 100B enters the B light spatial light modulator 1150B. The B light liquid crystal display device 1150B is a transmissive liquid crystal display device that modulates the B light according to an image signal.
[0054]
The reason why the B light passes through the two relay lenses 1142 and 1143 is that the optical path of the B light is longer than the optical paths of the R light and the G light. By using the two relay lenses 1142 and 1143, the B light transmitted through the B light transmitting dichroic mirror 1150B can be directly guided to the B light liquid crystal display device 1150B. The B light incident on the B light liquid crystal display device 1150B has been converted into s-polarized light. The s-polarized light incident on the B light liquid crystal display device 110B is converted to p-polarized light, and then converted to s-polarized light by modulation according to an image signal. The B light modulated by the B light liquid crystal display device 1150B enters a cross dichroic prism 1160 which is a color combining optical system.
[0055]
The cross dichroic prism 1160, which is a color synthesizing optical system, is configured by arranging two dichroic films 1161 and 1162 orthogonally in an X-shape. The dichroic film 1161 reflects B light and transmits R light and G light. The dichroic film 1162 reflects R light and transmits B light and G light. As described above, the cross dichroic prism 112 combines the R light, the G light, and the B light modulated by the R light liquid crystal display device 1150R, the G light liquid crystal display device 1150G, and the B light liquid crystal display device 1150B. The projection lens 1170 projects the light combined by the cross dichroic prism 1160 on a screen 1180.
[0056]
As described above, light incident on the cross dichroic prism 1160 from the R light liquid crystal display device 1150R and the B light liquid crystal display device 1150B is set to be s-polarized light. Further, light incident on the cross dichroic prism 1160 from the liquid crystal display device for G light 1150G is set to be p-polarized light. The reason why the polarization direction of the light incident on the cross dichroic prism 1160 is made different is that the light emitted from each color light liquid crystal display device is effectively combined in the cross dichroic prism 1160. The dichroic films 1161 and 1162 generally have excellent s-polarized light reflection characteristics. Therefore, R light and B light to be reflected by the dichroic films 1161 and 1162 are s-polarized light, and G light to be transmitted through the dichroic films 1161 and 1162 is p-polarized light.
[0057]
Microlens arrays 100R, 100G, and 100B are provided on the incident side of each color light liquid crystal display device of the projector 1100. Each of the microlens arrays 100R, 100G, and 100B is the same as the microlens array described in the first embodiment. Therefore, each of the microlens arrays 100R, 100G, and 100B can efficiently condense the light having the highest intensity among the incident lights to the openings of the liquid crystal display devices 1150R, 1150G, and 1150B. Thereby, there is an effect that the light use efficiency of the projector 1100 can be improved.
[0058]
The fly-eye integrator 1120 arranges the image of the light source unit 1111 on a plane with the same number of light sources as the number of small lenses included in each lens array. Then, light from the plurality of light sources is superimposed on each microlens element 10 of the microlens array 100. For this reason, the number of small lenses in the lens array of the fly-eye integrator 1120, the irradiation area area of the micro-lens array 100 with respect to the area of the exit side of the fly-eye integrator 1120, the distance between the fly-eye integrator and the micro-lens array 100, etc. Changes the shape of each microlens element 10. By changing the shape of each microlens element 10 in this manner, the light use efficiency can be further improved.
[0059]
In the present embodiment, an example in which the microlens array 100 of the present invention is used for a transmissive liquid crystal display device has been described, but a spatial light modulator in which the microlens array 100 of the present invention can be provided is a transmissive liquid crystal display device. It is not limited to the device. For example, the microlens array 100 of the present invention may be provided in a reflective liquid crystal display device or a tilt mirror device. One example of a tilt mirror device is the Texas Instruments Digital Micro Mirror Device (DMD). For example, the microlens array 100 of the present invention is provided on the incident side of the DMD. The DMD has a movable mirror element as a spatial light modulation element. The first surface S1 of each microlens element 10 has a curvature such that light of high intensity among incident light is focused on the reflection surface of the movable mirror element. The microlens array 100 of the present invention provided on the incident side of the DMD in this way can be efficiently moved in a substantially parallel light state, similarly to the microlens array 100 of the present invention provided on the incident side of the transmission type liquid crystal display device. Light can be collected on the reflection surface of the mirror element. In this way, by making the light beams substantially parallel to the optical axis on all of the spatial light modulation elements, kicking in the front optical system can be prevented, and a highly efficient display device such as a projector can be realized.
[0060]
Further, in the projector 1100 of the present invention, the incident light on the microlens array 100 is made uniform in the illuminance distribution by the fly-eye integrator 1120. The reason why the microlens array 100 efficiently condenses the incident light on the opening or the reflecting surface of the spatial light modulator is not limited to the case where the fly-eye integrator 1120 makes the illuminance distribution uniform. The microlens array 100 is not limited to the case where the light from the light source unit is made uniform by the fly-eye integrator and the case where the light from the light source unit is incident on the spatial light modulator. Of the microlens element 10 can be used. For example, when the light from the light source unit is made uniform by the rod integrator, the spatial light modulator is generally illuminated at approximately the same magnification with the light from the light source unit. At this time, light from the light source unit is applied to a portion other than the outer edge of the spatial light modulator from a substantially uniform direction. The outer edge of the spatial light modulator is irradiated mainly with light in an oblique direction. Therefore, by using the microlens element 10 of the first embodiment on the outer edge of the spatial light modulator, the obliquely incident light can be efficiently condensed on the opening or the reflecting surface of the spatial light modulator. it can.
[0061]
Further, the microlens array 100 may be provided even when a solid-state light-emitting element such as a light-emitting diode element (LED) or an electroluminescent (EL) is used as a light source section, or when a solid-state laser element is used. it can. For example, when an LED is used for the light source unit, a plurality of LEDs can be used. In the case where a solid-state laser element is used for the light source section, a configuration in which laser beams from a plurality of solid-state laser elements are bundled can be employed. At this time, by controlling the angle at which each LED or laser beam is incident on the spatial light modulator by the microlens element 10 of the microlens array 100, the light from the light source unit is controlled similarly to the projector 1100 of the present embodiment. It can be used efficiently. Further, the microlens array 100 is not limited to a projector, and can be applied to a light receiving element such as a CCD camera or a C-MOS sensor. FIG. 13 shows a state in which the microlens array 1300 according to the first embodiment is used as a light receiving element. The micro lens array 1300 is provided on the incident side of the light receiving element 1340. The plurality of microlens elements 1310 are arranged in the cover glass 1330 with the convex surface facing the incident side of the incident light L. The microlens element 1310 can efficiently collect light obliquely incident on the light receiving surface 1320 of the light receiving element 1340. The microlens element 1310 of the microlens array 1300 efficiently collects incident light on the light receiving surface 1320 of the light receiving element 1340, so that a high-sensitivity image can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a microlens array according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing a cross section of a microlens array.
FIG. 3 is a diagram illustrating a state in which light irradiates a microlens array.
FIG. 4 is a diagram showing a distribution of an incident angle of incident light.
FIG. 5 is a diagram illustrating a difference in distribution of incident angles.
FIG. 6 is a diagram showing a cross section of each microlens element.
FIG. 7 is a diagram showing a state in which a microlens element condenses incident light.
FIG. 8 is a diagram showing a procedure of a method for manufacturing a microlens array.
FIG. 9 is a diagram showing a procedure of a method for manufacturing a microlens array.
FIG. 10 is a diagram showing a procedure of a method for manufacturing a microlens array.
FIG. 11 is a diagram showing a schematic configuration of a projector according to a fourth embodiment.
FIG. 12 is a diagram showing an opening and a portion other than the opening of the liquid crystal display device.
FIG. 13 is a diagram showing a state in which a microlens array is used for a light receiving element.
[Explanation of symbols]
10, 10a to e micro lens element, 20 reference plane, 100, 100R, 100G, 100B micro lens array, 200 liquid crystal display device, 300 lighting device, 301 light source unit, 302 reflector, 310 fly-eye integrator, 311 and 312 lens Array, 801, 901 substrate, 802, 902 resist layer, 805, 905 optically transparent resin layer, 806, 906 cover glass, 903 sacrificial layer, 904 mask layer, 910, 912 recess, 911 penetration, 1100 projector, 1110 illumination Apparatus, 1111 light source unit, 1112 reflector, 1120 fly-eye integrator, 1130 polarization conversion element, 1140R, 1140B dichroic mirror, 1142, 1143 relay lens, 1145, 1146 reflection mirror, 1 150R, 1150G, 1150B Liquid crystal display device, 1160 cross dichroic prism, 1161, 1162 dichroic film, 1170 projection lens, 1180 screen, 1200 opening, 1300 micro lens array, 1310 micro lens element, 1320 light receiving surface, 1330 cover glass, 1340 Light receiving element, OZ optical axis, Ba plane, C, Ca to Ce reference center position, D1a, D1b, D2a, D2b distance, Ka to Ke opening, O center position, S1, S1a to S1e First surface, S2, S2a ~ S2e Second surface, T, Ta ~ Te Vertex curvature position

Claims (8)

入射光の入射側に設けられ、曲率を有する第1面と、前記第1面に入射した前記入射光が透過する略平面形状の第2面とからなる複数のマイクロレンズ素子を有するマイクロレンズアレイであって、
前記複数のマイクロレンズ素子は、所定領域を有する基準平面上に配列され、前記マイクロレンズ素子の前記第2面の領域の略中心の位置を基準中心位置とし、
前記マイクロレンズ素子の前記第1面に接する平面と前記基準平面とが略平行になる場合の、前記第1面に接する前記平面と前記第1面との接点を前記基準平面上に投影した位置を頂点曲率位置とそれぞれしたときに、
前記第1面は、前記基準平面上における前記マイクロレンズ素子の前記基準中心位置に応じて、前記基準中心位置と前記頂点曲率位置とが所定方向に所定距離だけ異なるような前記曲率を有することを特徴とするマイクロレンズアレイ。
A microlens array provided on a light incident side of incident light and having a plurality of microlens elements including a first surface having a curvature and a substantially planar second surface through which the incident light incident on the first surface is transmitted. And
The plurality of microlens elements are arranged on a reference plane having a predetermined area, and a position of substantially the center of the area of the second surface of the microlens element is set as a reference center position,
A position where a contact point between the plane contacting the first surface and the first surface is projected onto the reference plane when the plane contacting the first surface of the microlens element is substantially parallel to the reference plane. Is the vertex curvature position,
The first surface has the curvature such that the reference center position and the vertex curvature position differ by a predetermined distance in a predetermined direction according to the reference center position of the microlens element on the reference plane. Characterized micro lens array.
前記マイクロレンズ素子の前記基準中心位置と、前記基準平面上の所定位置との間の距離と、前記マイクロレンズ素子の前記基準中心位置と、前記マイクロレンズ素子の前記頂点曲率位置との間の前記所定距離とは、略比例することを特徴とする請求項1に記載のマイクロレンズアレイ。The distance between the reference center position of the microlens element and a predetermined position on the reference plane, the reference center position of the microlens element, and the vertex curvature position of the microlens element. The microlens array according to claim 1, wherein the predetermined distance is substantially proportional. 前記マイクロレンズ素子の前記基準中心位置に対する前記基準平面上の所定位置の向きと、前記マイクロレンズ素子の前記基準中心位置に対する前記マイクロレンズ素子の前記頂点曲率位置の向きとは同一であることを特徴とする請求項2に記載のマイクロレンズアレイ。The orientation of a predetermined position on the reference plane with respect to the reference center position of the microlens element is the same as the orientation of the vertex curvature position of the microlens element with respect to the reference center position of the microlens element. The microlens array according to claim 2, wherein 前記複数のマイクロレンズ素子は、前記基準平面上において略直交する格子状に配列されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のマイクロレンズアレイ。The microlens array according to any one of claims 1 to 3, wherein the plurality of microlens elements are arranged in a substantially orthogonal lattice shape on the reference plane. 光を偏向させる機能を持つ複数のマイクロレンズ素子が基準平面上に配列されたマイクロレンズアレイであって、
前記マイクロレンズ素子は、曲率を有する第1面と、前記第1面への入射光が透過する略平面形状の第2面とからなり、
前記マイクロレンズ素子の前記第2面の領域のそれぞれの略中心の位置を基準中心位置とし、
前記基準平面に略平行な面と前記第1面とが接する位置を曲率頂点とそれぞれしたときに、
前記基準中心位置と、前記曲率頂点を前記基準平面上に投影した位置とが異なるマイクロレンズ素子を含むことを特徴とするマイクロレンズアレイ。
A microlens array in which a plurality of microlens elements having a function of deflecting light are arranged on a reference plane,
The microlens element includes a first surface having a curvature, and a substantially planar second surface through which light incident on the first surface is transmitted.
The position of the approximate center of each of the regions of the second surface of the microlens element is defined as a reference center position,
When the position where the surface substantially parallel to the reference plane and the first surface are in contact with each other is defined as a curvature vertex,
A microlens array comprising a microlens element having a different reference center position and a different position at which the curvature vertex is projected on the reference plane.
基板上にレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、
前記レジスト層をパターニングする第1のパターニング工程と、
前記レジスト層及び前記基板をプレエッチングする第1のエッチング工程と、前記第1のエッチング工程によりプレエッチングを施した前記基板の上にマスク層を形成するマスク層形成工程と、
前記マスク層形成工程により形成した前記マスク層をパターニングする第2のパターニング工程と、
前記第2のパターニング工程により形成されたパターンを通して前記基板をエッチングする第2のエッチング工程と、を含み、
前記第1のパターニング工程により形成されたパターンの中心位置と、前記第2のパターニング工程により形成されたパターンの中心位置とは異なる位置であることを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。
A resist layer forming step of forming a resist layer on the substrate,
A first patterning step of patterning the resist layer;
A first etching step of pre-etching the resist layer and the substrate, and a mask layer forming step of forming a mask layer on the substrate pre-etched by the first etching step;
A second patterning step of patterning the mask layer formed by the mask layer forming step;
A second etching step of etching the substrate through the pattern formed by the second patterning step,
A method for manufacturing a microlens array, wherein a center position of a pattern formed by the first patterning step is different from a center position of a pattern formed by the second patterning step.
前記入射光を集光する請求項1〜5のいずれか一項に記載のマイクロレンズアレイと、
前記マイクロレンズアレイにより集光された前記入射光を変調する空間変調素子を有し、
前記マイクロレンズアレイは、前記空間光変調素子の前記入射光の入射側に配置されていることを特徴とする空間光変調装置。
The microlens array according to any one of claims 1 to 5, which collects the incident light,
Having a spatial modulation element that modulates the incident light collected by the microlens array,
The spatial light modulator, wherein the microlens array is arranged on the incident side of the incident light of the spatial light modulator.
光を供給する光源部と、
前記光源部からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、
前記空間光変調装置により変調された光を投写する投写レンズと、を有し、
前記空間光変調装置は、請求項7に記載の空間光変調装置であることを特徴とするプロジェクタ。
A light source unit for supplying light,
A spatial light modulator that modulates light from the light source unit according to an image signal,
And a projection lens that projects light modulated by the spatial light modulator,
A projector, wherein the spatial light modulator is the spatial light modulator according to claim 7.
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