JP2014119702A - マイクロレンズアレイ、それを備える光強度分布均一化素子、及び光強度分布均一化素子を備える投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光損失が少なく劣化が生じにくいマイクロレンズアレイを提供する。
【解決手段】マイクロレンズアレイ１１０は、樹脂で形成された第１のマイクロレンズアレイ１２２と、ガラスで形成された第２のマイクロレンズアレイ１２６とが接合されて形成されている。第１のマイクロレンズアレイ１２２が入射側であり、第２のマイクロレンズアレイ１２６は出射側である。樹脂によれば高精度の形成が容易であるため、第１のマイクロレンズアレイ１２２のうち○印１８０で示したレンズとして機能しない無効部は狭い。このため、光損失が少ない。また、マイクロレンズアレイ１１０に入射した光が集束する第２のマイクロレンズアレイ１２６はガラスで形成されるため、熱等による劣化が生じにくい。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロレンズアレイ、それを備える光強度分布均一化素子、及び光強度分布均一化素子を備える投影装置に関する。

多数のマイクロレンズが１次元又は２次元に配列されたマイクロレンズアレイが知られている。このようなマイクロレンズアレイの製造方法が例えば特許文献１に開示されている。特許文献１には、光パターニング及びドライエッチングを用いてマイクロレンズアレイを製造する方法について開示されている。このようなマイクロレンズを用いれば、例えば光の強度分布を均一化する光強度分布均一化素子を形成することができる。

特開平６−２５０００２号公報

マイクロレンズアレイを例えばガラスを用いて形成するとき、その加工精度のため、マイクロレンズアレイを構成する各マイクロレンズの全面を理想的なレンズの形状に形成することは困難である。特に隣接するマイクロレンズ同士の境界付近で理想的なレンズ形状を形成することが困難となる。理想的なレンズ形状とならなかった部分は、所望の通りにレンズとして機能しない無効部となる。この無効部の存在のため光の損失が発生する。無効部が大きいと、光の損失は大きくなる。

例えば樹脂を用いると、ガラスを用いるよりも精度よくマイクロレンズアレイを形成することが容易となる。しかしながら、樹脂はガラスに比べて例えば熱によって劣化しやすい。

そこで本発明は、光損失が少なくて劣化が生じにくいマイクロレンズアレイ、それを備える光強度分布均一化素子、及び光強度分布均一化素子を備える投影装置を提供することを目的とする。

前記目的を果たすため、本発明の一態様によれば、マイクロレンズアレイは、各光軸が互いに平行かつ一致しないように並べられた複数のマイクロレンズを具備するマイクロレンズアレイであって、光が入射する面である前記マイクロレンズの入射面は樹脂で形成されており、光が出射する面である前記マイクロレンズの出射面はガラスで形成されている。

前記目的を果たすため、本発明の一態様によれば、光強度分布均一化素子は、上述のマイクロレンズアレイと、前記出射面から出射した光を照射面に結像させるように構成されたレンズと、を具備する。

前記目的を果たすため、本発明の一態様によれば、投影装置は、上述の光強度分布均一化素子と、前記光強度分布均一化素子に入射する光を発する光源と、前記照射面に設けられ、前記光強度分布均一化素子から出射した光を用いて投影対象に投影する光像を形成するように構成されたマイクロミラー素子と、を具備する。

本発明によれば、光損失が少なくて劣化が生じにくいマイクロレンズアレイ、それを備える光強度分布均一化素子、及び光強度分布均一化素子を提供できる。

第１の実施形態に係る光強度分布均一化素子の構成例の概略を示す図。 第１の実施形態に係るマイクロレンズアレイの構成例を説明するための図。 第１の実施形態に係るマイクロレンズアレイの別の構成例の概略を示す図。 第２の実施形態に係るプロジェクタの構成例の概略を示すブロック図。 第２の実施形態に係るプロジェクタの光学系の一例の概略を示すブロック図。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態に係る光強度分布均一化素子１００の構成例の概略を図１に示す。光強度分布均一化素子１００は、マイクロレンズアレイ１１０と組レンズ１６０とを備える。組レンズ１６０は、第１のレンズ１６２と、第２のレンズ１６４と、第３のレンズ１６６とを含む。

マイクロレンズアレイ１１０は、複数のマイクロレンズ１１２を含む。これらマイクロレンズ１１２は、各マイクロレンズ１１２の光軸が平行となるように、同一面内にアレイ状に配列されている。例えばマイクロレンズ１１２は、矩形の格子状に配列されている。

本実施形態に係るマイクロレンズアレイ１１０は、入射側に設けられた第１のマイクロレンズアレイ１２２と、出射側に設けられた第２のマイクロレンズアレイ１２６とによって形成されている。ここで、第１のマイクロレンズアレイ１２２は、樹脂によって形成されている。第２のマイクロレンズアレイ１２６は、ガラスによって形成されている。第１のマイクロレンズアレイ１２２は、複数のマイクロレンズがアレイ状に並べられた形状に一体として形成されている。同様に、第２のマイクロレンズアレイ１２６は、複数のマイクロレンズがアレイ状に並べられた形状に一体として形成されている。第１のマイクロレンズアレイ１２２と第２のマイクロレンズアレイ１２６とは、接着層１２９において、例えばレンズ用接着剤で貼り合わされている。

第１のマイクロレンズアレイ１２２中の各マイクロレンズと、第２のマイクロレンズアレイ中の各マイクロレンズとは、互いに対応している。したがって、第１のマイクロレンズアレイ１２２中の１つのマイクロレンズと、第２のマイクロレンズアレイ中の１つのマイクロレンズとによって、１つのマイクロレンズ１１２が形成されている。第１のマイクロレンズアレイ１２２中の各レンズを第１のマイクロレンズ１２３と称し、第２のマイクロレンズアレイ１２６中の各レンズを第２のマイクロレンズ１２７と称することにする。なお、図３中に示された○印１８０は、例えば加工精度の限界によって設計通りにレンズとして機能しない無効部となっている領域を示す。すなわち、この○印が大きい程、無効部が大きいことを示す。○印１８０を付した部分以外の領域は、レンズとして設計通りに機能する有効部である。

第２のマイクロレンズアレイ１２６に多少の製造誤差などがあっても、第１のマイクロレンズ１２３に入射した光が対応する第２のマイクロレンズ１２７の有効部に入射するように、第１のマイクロレンズアレイ１２２の入射側には、対応する第２のマイクロレンズ１２７の中央に集光するような第１のマイクロレンズ１２３が形成されている。一方、第２のマイクロレンズアレイ１２６の出射側には、第１のマイクロレンズ１２３上の１点を通る光線束が第２のマイクロレンズアレイ１２６から平行に出射するように構成された第２のマイクロレンズ１２７が形成されている。すなわち、第１のマイクロレンズ１２３と第２のマイクロレンズ１２７とは、光学的に対称な形状をしている。ただし、樹脂とガラスとでは屈折率が異なるため、第１のマイクロレンズ１２３と第２のマイクロレンズ１２７とは、曲率半径がわずかに異なる。

本実施形態に係るマイクロレンズアレイ１１０を含む光強度分布均一化素子１００の作用について説明する。第１のマイクロレンズアレイ１２２と第２のマイクロレンズアレイ１２６とを含むマイクロレンズアレイ１１０に平行光が入射したとき、光路は図２に示されるようになる。すなわち、マイクロレンズアレイ１１０を通過する光の出射方向は、各マイクロレンズ１１２に入射する位置に応じて決定される。その結果、マイクロレンズアレイ１１０から出射される光線束は、マイクロレンズの配列形状、すなわち長方形形状をした、無限遠に配置された光源から出射されたような光線束となる。

本実施形態では、図１に示されるように、マイクロレンズアレイ１１０から出射された光を照射面１７０に結像させるように組レンズ１６０が設けられている。したがって、マイクロレンズアレイ１１０を構成する各マイクロレンズ１１２に入射した光は、それぞれ照射面１７０の所定の範囲に照射される。その結果、照射面１７０における光強度の分布は、各マイクロレンズから出射される光の強度分布の総和となる。ここで、マイクロレンズアレイ１１０におけるマイクロレンズ１１２のピッチが十分に小さければ、マイクロレンズアレイ１１０の入射面における光強度の分布に関わらず、照射面１７０における光強度の分布は一様となる。

以上のように本実施形態に係る光強度分布均一化素子１００は、光強度分布均一化素子１００に入射した光の強度分布が不均一であっても、照射面１７０における光強度分布を一様とする機能を有する。

本実施形態に係るマイクロレンズアレイ１１０は、樹脂製の第１のマイクロレンズアレイ１２２と、ガラス製の第２のマイクロレンズアレイ１２６とを含む。これらが組み合わされている理由は次のとおりである。第１のマイクロレンズアレイ１２２のように樹脂が材料として用いられると、例えば金型の製作が容易であったりするため、精密にその形状が作製され得る。その結果、レンズとして機能する有効部が大きくなり、形状の歪み等のためレンズとして機能しない無効部が小さくなる。一方で、樹脂が用いられると、熱などによる性能劣化が起こりやすい。これに対して第２のマイクロレンズアレイ１２６のようにガラスが材料として用いられると、性能劣化が起こりにくい。一方で、精密な加工が困難であるため、無効部が大きくなりやすい。

本実施形態では、図１に○印１８０で示されるように、第１のマイクロレンズアレイ１２２における無効部は、第２のマイクロレンズアレイ１２６における無効部よりも狭い。このため、本実施形態のマイクロレンズアレイ１１０では、仮にマイクロレンズアレイ１１０の全体がガラスで製造された場合よりも高い割合で、第１のマイクロレンズアレイ１２２に入射する光は利用され得る。

また、入射光は、第２のマイクロレンズアレイ１２６の出射面に集束している。このため、第２のマイクロレンズアレイ１２６の出射面付近は高温になりやすい。したがって、第２のマイクロレンズアレイ１２６は、第１のマイクロレンズアレイ１２２よりも熱による影響を受けやすい。本実施形態では、マイクロレンズアレイ１１０の出射側がガラス製の第２のマイクロレンズアレイ１２６によって構成されているため、仮にマイクロレンズアレイ１１０の全体が樹脂で製造された場合よりも、マイクロレンズアレイ１１０は熱による劣化の影響を受けにくい。なお、第２のマイクロレンズアレイ１２６の無効部は、第１のマイクロレンズアレイ１２２の無効部よりも大きいが、この無効部を光は通過しない。このため、無効部の大きさは、マイクロレンズアレイ１１０の性能に影響を与えない。

以上のように、入射側に無効部が小さい樹脂が用いられ、出射側に耐熱性に優れたガラスが用いられることで、光の利用効率が良く、かつ、耐久性に優れたマイクロレンズアレイ１１０が実現される。本実施形態は、ガラスで形成された第２のマイクロレンズアレイ１２６内で光が集束するため、特に効果を奏する。ここで、第２のマイクロレンズアレイ１２６内で光が集束することは、第１のマイクロレンズアレイ１２２の各マイクロレンズと第２のマイクロレンズアレイ１２６の各マイクロレンズとの配置の誤差の影響を受けにくい点で利点がある。

さらに、第１のマイクロレンズアレイ１２２と第２のマイクロレンズアレイ１２６とが接合されてマイクロレンズアレイ１１０が一体として形成されているので、マイクロレンズアレイ１１０の実装等において扱いが容易となる利点がある。

なお、本実施形態では、マイクロレンズアレイ１１０は、第１のマイクロレンズアレイ１２２と第２のマイクロレンズアレイ１２６とが接合されている。しかしながらこれに限らず、第１のマイクロレンズアレイ１２２と第２のマイクロレンズアレイ１２６とは分離して設けられてもよい。この場合、例えば、第１のマイクロレンズアレイから出射した光が第１のマイクロレンズアレイの入射面で反射するのを防ぐため、第１のマイクロレンズアレイ１２２と第２のマイクロレンズアレイ１２６との間に無反射コートフィルムを介在させてもよいし、第２のマイクロレンズアレイ１２６の入射面に無反射コーティングを施してもよい。

また、図１に示されるマイクロレンズアレイ１１０では、第１のマイクロレンズアレイ１２２と第２のマイクロレンズアレイ１２６とは、ほぼ同じ大きさとなっている。しかしながら、第１のマイクロレンズアレイ１２２と第２のマイクロレンズアレイ１２６との大きさの比はどのようなものでもよい。

したがって、例えば図３に示されるように、ガラス製の第４のマイクロレンズアレイ１３６に、薄い樹脂製の第３のマイクロレンズアレイ１３２が積層されてマイクロレンズ１１０が形成されてもよい。この場合、マイクロレンズ１１０は、例えば次の手順で作製される。まず、ガラス製の第４のマイクロレンズアレイ１３６が、一般的なマイクロレンズアレイと同様に形成される。その後、第４のマイクロレンズアレイ１３６の入射側の面に、上述の第１のマイクロレンズ１２３と同様に機能するように設計された樹脂製の第３のマイクロレンズアレイ１３２が形成される。第３のマイクロレンズアレイ１３２には、例えばＵＶ硬化性の樹脂や、エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂が用いられ、その形成には、例えば、非球面レンズを形成する場合の技術などが応用され得る。このような技術が用いられれば、本実施形態に係るマイクロレンズアレイ１１０の製造は比較的容易になる。

なお、図３では、第３のマイクロレンズアレイ１３６の入射側の面に凸面が形成されている例を示したが、第３のマイクロレンズアレイ１３６の入射面は平らであり、コート層１３２のみでレンズとして機能する凸面が形成されてもよい。

なお、光強度分布均一化素子１００を構成するマイクロレンズアレイ１１０は、一般なマイクロレンズアレイ１１０と同様に、光強度分布均一化素子に限らず種々の用途に使用され得る。本実施形態では、複数のマイクロレンズ１１２が面状に配列される場合を示したが、本実施形態に係る技術は、例えば１列といったように線状に配列されたマイクロレンズアレイにも適用され得る。

［第２の実施形態］
第２の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、第１の実施形態に係るマイクロレンズアレイが用いられた投影装置の実施形態である。本実施形態に係る投影装置としてのプロジェクタ１０の構成例の概略を図４に示す。このプロジェクタ１０は、マイクロミラー表示素子を用いたＤｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（ＤＬＰ）（登録商標）方式を用いている。プロジェクタ１０は、入力部１１と、画像変換部１２と、投影処理部１３と、マイクロミラー素子１４と、光源部１５と、ミラー１６と、投影レンズ部１７と、ＣＰＵ１８と、メインメモリ１９と、プログラムメモリ２０と、操作部２１と、音声処理部２２と、スピーカ２３と、システムバスＳＢとを有する。

入力部１１には、例えばピンジャック（ＲＣＡ）タイプのビデオ入力端子や、Ｄ−ｓｕｂ１５タイプのＲＧＢ入力端子といった端子が設けられており、アナログ画像信号が入力される。入力部１１は、入力された各種規格のアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換する。入力部１１は、変換したデジタル画像信号を、システムバスＳＢを介して画像変換部１２に出力する。なお、入力部１１には、例えばＨＤＭＩ（登録商標）端子等も設けられ、アナログ画像信号のみならずデジタル画像信号も入力され得る。また、入力部１１には、アナログ又はデジタル信号による音声信号が入力される。入力部１１は、入力された音声信号を音声処理部２２に出力する。

画像変換部１２は、スケーラとも称される。画像変換部１２は、システムバスＳＢに接続されている。画像変換部１２は、入力された画像データを投影に適した所定のフォーマットの画像データに変換し、変換データを投影処理部１３へ送信する。必要に応じて画像変換部１２は、Ｏｎ Ｓｃｒｅｅｎ Ｄｉｓｐｌａｙ（ＯＳＤ）用の各種動作状態を示すシンボルを重畳した画像データを、加工画像データとして投影処理部１３に送信する。

光源部１５は、投影処理部１３の制御の下、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の原色光を含む複数色の光を出射する。ここで、光源部１５は、複数色の色を時分割で順次出射するように構成されている。光源部１５から出射された光は、ミラー１６で全反射し、マイクロミラー素子１４に入射する。

マイクロミラー素子１４は、例えばデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ；登録商標）のように、アレイ状に配列された複数の微小ミラーを有する。各微小ミラーは、高速でオン／オフ動作して、光源部１５から照射された光を投影レンズ部１７の方向に反射させたり、投影レンズ部１７の方向からそらしたりする。マイクロミラー素子１４には、微小ミラーが例えばＷＸＧＡ（Ｗｉｄｅ ｅＸｔｅｎｄｅｄ Ｇｒａｐｈｉｃ Ａｒｒａｙ）（横１２８０画素×縦８００画素）分だけ並べられている。各微小ミラーにおける反射によって、マイクロミラー素子１４は、例えばＷＸＧＡ解像度の画像を形成する。このように、マイクロミラー素子１４は空間的光変調素子として機能する。

投影処理部１３は、システムバスＳＢに接続されており、画像変換部１２から送信された画像データに応じて、その画像データが表す画像を表示させるようにマイクロミラー素子１４を駆動する。すなわち、投影処理部１３は、マイクロミラー素子１４の各微小ミラーをオン／オフ動作させる。ここで投影処理部１３は、マイクロミラー素子１４を高速に時分割駆動する。単位時間の分割数は、所定のフォーマットに従ったフレームレート、例えば６０［フレーム／秒］と、色成分の分割数と、表示階調数とを乗算して得られる数である。また、投影処理部１３は、マイクロミラー素子１４の動作と同期させて光源部１５の動作も制御する。すなわち、投影処理部１３は、各フレームを時分割して、フレーム毎に全色成分の光を順次出射するように光源部１５の動作を制御する。

投影レンズ部１７は、マイクロミラー素子１４から導かれた光を、例えば図示しないスクリーン等の被投影体に投影する光に調整する。したがって、マイクロミラー素子１４による反射光で形成された光像は、投影レンズ部１７を介して、スクリーンに投影表示される。

音声処理部２２は、システムバスＳＢに接続されており、ＰＣＭ音源等の音源回路を備える。入力部１１から入力されたアナログ音声データに基づいて、又は投影動作時に与えられたデジタル音声データをアナログ化した信号に基づいて、音声処理部２２は、スピーカ２３を駆動して拡声放音させる。また、音声処理部２２は、必要に応じてビープ音等を発生させる。スピーカ２３は、音声処理部２２から入力された信号に基づいて音声を出射する一般的なスピーカである。

ＣＰＵ１８は、ステムバスＳＢに接続されており、画像変換部１２、投影処理部１３及び音声処理部２２等の動作を制御する。このＣＰＵ１８は、メインメモリ１９及びプログラムメモリ２０と接続されている。メインメモリ１９は、例えばＳＲＡＭで構成される。メインメモリ１９は、ＣＰＵ１８のワークメモリとして機能する。プログラムメモリ２０は、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリで構成される。プログラムメモリ２０は、ＣＰＵ１８が実行する動作プログラムや各種定型データ等を記憶する。また、ＣＰＵ１８は、操作部２１と接続されている。操作部２１は、プロジェクタ１０の本体に設けられるキー操作部と、プロジェクタ１０専用の図示しないリモートコントローラからの赤外光を受光する赤外線受光部とを含む。操作部２１は、ユーザが本体のキー操作部又はリモートコントローラで操作したキーに基づくキー操作信号をＣＰＵ１８に出力する。ＣＰＵ１８は、メインメモリ１９及びプログラムメモリ２０に記憶されたプログラムやデータを用いて、操作部２１からのユーザの指示に応じてプロジェクタ１０の各部の動作を制御する。

光源部１５、ミラー１６、マイクロミラー素子１４及び投影レンズ部１７を含む本実施形態に係るプロジェクタ１０の光学系を、図５を参照して説明する。光源部１５には、青色のレーザ光を発する半導体発光素子である半導体レーザ（レーザダイオード；ＬＤ）３１を光源として有するレーザ光源ユニット３０が設けられている。ＬＤ３１は、レーザ光源ユニット３０内にアレイ状に配列されている。例えば本実施形態では、３行８列に計２４個のＬＤ３１がアレイ状に配置されている。各ＬＤ３１が発する青色のレーザ光は、各ＬＤ３１に対応して配置されたコリメータレンズ３２を通り平行光となり、レーザ光源ユニット３０から出射される。

コリメータレンズ３２と対向した位置には、ミラー３３が階段状に配置されている。レーザ光源ユニット３０から出射されたレーザ光は、ミラー３３で反射され、その光路は９０度変化する。ミラー３３で反射されたレーザ光は、１つの光束にまとめられる。このようにして、光束がレーザ光源ユニット３０から出射される。

この光束の光路上には、レンズ３４，３５及び第１のダイクロイックミラー３６が配置されている。ミラー３３で反射されたレーザ光は、レンズ３４，３５により平行な光束とされた後、第１のダイクロイックミラー３６に入射する。第１のダイクロイックミラー３６は、青色光及び赤色光を透過し、緑色光を反射する。この第１のダイクロイックミラー３６を透過した青色光の透過光の光路には、レンズ３７，３８及び蛍光ホイール３９が配置されている。第１のダイクロイックミラー３６を透過した青色光は、レンズ３７，３８を介して蛍光ホイール３９に照射される。

蛍光ホイール３９は、円盤形状をしている。蛍光ホイール３９は、２つの領域に分割されており、その一方には透過用の拡散板が形成され、他方には蛍光体層が形成されている。蛍光体層が存在する部分の蛍光ホイール３９には、レーザ光源ユニット３０からのレーザ光が照射される面に蛍光体が塗布されて蛍光層が形成されている。この蛍光体は、青色の光が照射された際に緑色の蛍光を放射する蛍光体である。蛍光層の裏面には、反射板が形成されている。蛍光ホイール３９の拡散板は、青色光を透過し、かつその光を拡散させる板である。蛍光ホイール３９は、回転駆動部であるモータ４０の駆動により回転する。この回転は、投影処理部１３によって、マイクロミラー素子１４とともに同期制御される。投影処理部１３は、制御の際、蛍光ホイール３９に形成された図示しないマーカの回転を検出し、その検出結果を利用する。

青色のレーザ光は、蛍光ホイール３９の蛍光層に入射すると、緑色の蛍光を放射する。この緑色の蛍光は、等方的に放射される。蛍光層の裏面側に放射された蛍光は、反射板によって反射される。したがって、蛍光層から放射された蛍光は、レンズ３８，３７側に導かれる。レンズ３８，３７を通過した緑色光は、第１のダイクロイックミラー３６に入射する。

第１のダイクロイックミラー３６で反射した緑色光の光路には、レンズ４１と第２のダイクロイックミラー４２が配置されている。第１のダイクロイックミラー３６で反射された緑色光は、レンズ４１を介して第２のダイクロイックミラー４２に入射する。第２のダイクロイックミラー４２は青色光を透過し、赤色光及び緑色光を反射する。この第２のダイクロイックミラー４２で反射した緑色光の光路には、レンズ４３と、ミラー４４と、第１の実施形態に係る光強度分布均一化素子１００と、ミラー１６とがこの順に配置されている。上述のとおり光強度分布均一化素子１００は、マイクロレンズアレイ１１０と組レンズ１６０とを含み、光束の強度分布を均一にする素子である。第２のダイクロイックミラー４２で反射された緑色光は、レンズ４３及びミラーを介して光強度分布均一化素子１００に入射する。この緑色光は、光強度分布均一化素子１００において強度分布が均一な光束とされ、ミラー１６に入射する。

また、レーザ光源ユニット３０から出射された青色レーザ光の光路上に、蛍光ホイール３９の拡散板がある場合、この青色レーザ光は、以下の経路を通る。レーザ光源ユニット３０から出射された青色レーザ光は、蛍光ホイール３９の拡散板に入射し、この拡散板を拡散しつつ透過する。透過光の光路上には、レンズ５０、ミラー５１、レンズ５２、ミラー５３、レンズ５４、第２のダイクロイックミラー４２が配置されている。拡散板を透過した青色光は、レンズ５０を介してミラー５１で反射され、レンズ５２を介してさらにミラー５３で反射され、レンズ５４を介して、第２のダイクロイックミラー４２に入射する。第２のダイクロイックミラー４２を透過した青色光は、レンズ４３及びミラー４４を介して光強度分布均一化素子１００に入射する。この青色光は、光強度分布均一化素子１００において強度分布が均一な光束とされ、ミラー１６に入射する。

光源部１５は、さらに赤色光を発する半導体発光素子である発光ダイオード（ＬＥＤ）５５を光源として有する。ＬＥＤ５５から出射された光の光路上には、レンズ５６，５７及び第１のダイクロイックミラー３６が配置されている。ＬＥＤ５５が発する赤色光は、レンズ５６，５７を介して、第１のダイクロイックミラー３６に入射する。第１のダイクロイックミラー３６を透過した赤色光は、レンズ４１を介して第２のダイクロイックミラー４２に入射する。そして、第２のダイクロイックミラー４２で反射された赤色光は、レンズ４３及びミラーを介して光強度分布均一化素子１００に入射する。この赤色光は、光強度分布均一化素子１００において強度分布が均一な光束とされ、ミラー１６に入射する。

ミラー１６で反射された緑色光、青色光、赤色光はそれぞれ、レンズ４５を介してマイクロミラー素子１４に照射される。マイクロミラー素子１４は、投影レンズ部１７方向への反射光によって光像を形成する。この光像はレンズ４５及び投影レンズ部１７を介して投影対象の図示しないスクリーン等に照射される。

本実施形態に係るプロジェクタ１０の動作を説明する。なお、以下の動作は、ＣＰＵ１８の制御の下、投影処理部１３が実行するものである。レーザ光源ユニット３０の青色発光用のＬＤ３１と赤色発光用のＬＥＤ５５との発光タイミング、この発光タイミングに同期した蛍光ホイール３９の回転タイミング、及びマイクロミラー素子１４の動作は、何れも投影処理部１３により制御される。

例えば赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）の３色の光をマイクロミラー素子１４に入射させる場合を例に挙げて説明する。赤色光をマイクロミラー素子１４に入射させるタイミングにおいては、赤色発光用のＬＥＤ５５を点灯し、青色発光用のＬＤ３１を消灯する。緑色光をマイクロミラー素子１４に入射させるタイミングにおいては、赤色発光用のＬＥＤ５５を消灯し、青色発光用のＬＤ３１を点灯する。この際、蛍光ホイール３９は、モータ４０による回転によって、青色光の光路に蛍光層が位置するようにされている。青色光をマイクロミラー素子１４に入射させるタイミングにおいては、赤色発光用のＬＥＤ５５を消灯し、青色発光用のＬＤ３１を点灯する。この際、蛍光ホイール３９は、モータ４０による回転によって、青色光の光路に拡散板が位置するようにされている。以上のように、ＬＥＤ５５及びＬＤ３１の点灯及び消灯と、モータ４０による蛍光ホイール３９の回転角度とを制御することで、マイクロミラー素子１４に順次、赤色光、緑色光、及び青色光を入射させる。

マイクロミラー素子１４は、各色の光について微小ミラー毎（画素毎）に、画像データに基づく階調が高い程入射した光を投影レンズ部１７に導く時間を長くし、階調が低い程入射した光を投影レンズ部１７に導く時間を短くする。すなわち、投影処理部１３は、階調が高い画素に対応する微小ミラーが長時間オン状態となるように、階調が低い画素に対応する微小ミラーが長時間オフ状態となるように、マイクロミラー素子１４を制御する。このようにすることで、投影レンズ部１７から出射される光について、微小ミラー毎（画素毎）に各色の階調が表現され得る。

フレーム毎に、微小ミラーがオンになっている時間で表現された階調を各色について組み合わせることで画像が表現される。以上のようにして、投影レンズ部１７からは、画像が表現された投影光が出射される。この投影光が、例えばスクリーンに投影されることで、スクリーン等には画像が表示される。

なお、上記説明では、赤色光、緑色光、青色光の３色を用いるプロジェクタの例を示したが、マゼンタやイエロー等の補色や、白色光等を組み合わせて画像を形成するように、これら色の光を出射できるようにプロジェクタを構成してもよい。

本実施形態では、マイクロレンズアレイ１１０は、光線が垂直に入射するように設けられている。また、マイクロミラー素子１４の反射面と図１を参照して説明した照射面１７０とが一致するように構成されている。このような光強度分布均一化素子１００によって、マイクロミラー素子に均一光が照射される。その結果、投影される画像における光源に由来する階調の不均一さが消される。

なお、本実施形態では、光強度分布均一化素子１００がプロジェクタに用いられる場合を示したが、光強度分布均一化素子１００の用途はこれに限らない。本実施形態に係る光強度分布均一化素子１００は、均一な光強度分布が要求される種々の場面で利用され得る。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても、発明が解決しようとする課題の欄で述べられた課題が解決でき、かつ、発明の効果が得られる場合には、この構成要素が削除された構成も発明として抽出され得る。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
各光軸が互いに平行かつ一致しないように並べられた複数のマイクロレンズを具備するマイクロレンズアレイであって、
光が入射する面である前記マイクロレンズの入射面は樹脂で形成されており、
光が出射する面である前記マイクロレンズの出射面はガラスで形成されている、
マイクロレンズアレイ。
［２］
樹脂で形成された前記入射面を有する複数のマイクロレンズが面状に並べられた第１のマイクロレンズアレイと、
ガラスで形成された前記出射面を有する複数のマイクロレンズが面状に並べられた第２のマイクロレンズアレイと、
前記第１のマイクロレンズアレイと前記第２のマイクロレンズアレイとを接着する接着層と、
を具備する［１］に記載のマイクロレンズアレイ。
［３］
樹脂で形成された前記入射面を有する複数のマイクロレンズが面状に並べられた第３のマイクロレンズアレイと、
ガラスで形成された前記出射面を有する複数のマイクロレンズが面状に並べられた第４のマイクロレンズアレイと、
を具備し、
前記第３のマイクロレンズアレイは、前記第４のマイクロレンズアレイの入射側の面に積層されることで形成されている、
［１］に記載のマイクロレンズアレイ。
［４］
前記第３のマイクロレンズアレイは、ＵＶ硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂で形成されている、［３］に記載のマイクロレンズアレイ。
［５］
樹脂で形成された前記入射面を有する複数のマイクロレンズが面状に並べられた第１のマイクロレンズアレイと、
ガラスで形成された前記出射面を有する複数のマイクロレンズが面状に並べられた第２のマイクロレンズアレイと、
前記第１のマイクロレンズアレイと前記第２のマイクロレンズアレイとの間に設けられた無反射コーティング層と、
を具備する［１］に記載のマイクロレンズアレイ。
［６］
前記入射面は、前記入射面から入射した光を前記マイクロレンズアレイにおける前記ガラスで形成された部分に集束させるように構成されている、［１］乃至［５］のうち何れか一に記載のマイクロレンズアレイ。
［７］
［１］乃至［６］のうち何れか一に記載のマイクロレンズアレイと、
前記出射面から出射した光を照射面に結像させるように構成されたレンズと、
を具備する光強度分布均一化素子。
［８］
［７］に記載の光強度分布均一化素子と、
前記光強度分布均一化素子に入射する光を発する光源と、
前記照射面に設けられ、前記光強度分布均一化素子から出射した光を用いて投影対象に投影する光像を形成するように構成されたマイクロミラー素子と、
を具備する投影装置。

１０…プロジェクタ、１１…入力部、１２…画像変換部、１３…投影処理部、１４…マイクロミラー素子、１５…光源部、１６…ミラー、１７…投影レンズ部、１８…ＣＰＵ、１９…メインメモリ、２０…プログラムメモリ、２１…操作部、２２…音声処理部、２３…スピーカ、ＳＢ…システムバス、３０…レーザ光源ユニット、３１…半導体レーザ（ＬＤ）、３２…コリメータレンズ、３３…ミラー、３４，３５，３７，３８，４１，４３，４５，５０，５２，５４，５６，５７…レンズ、３６…第１のダイクロイックミラー、３９…蛍光ホイール、４０…モータ、４２…第２のダイクロイックミラー、４４，５１，５３，…ミラー、５５…発光ダイオード（ＬＥＤ）、１００…光強度分布均一化素子、１１０…マイクロレンズアレイ、１１２…マイクロレンズ、１２２…第１のマイクロレンズアレイ、１２３…第１のマイクロレンズ、１２６…第２のマイクロレンズアレイ、１２７…第２のマイクロレンズ、１２９…接着層、１３２…第３のマイクロレンズアレイ、１３６…第４のマイクロレンズアレイ、１６０…組レンズ、１６２…第１のレンズ、１６４…第２のレンズ、１６６…第３のレンズ、１７０…照射面。

Claims (8)

1. 各光軸が互いに平行かつ一致しないように並べられた複数のマイクロレンズを具備するマイクロレンズアレイであって、
   光が入射する面である前記マイクロレンズの入射面は樹脂で形成されており、
   光が出射する面である前記マイクロレンズの出射面はガラスで形成されている、
   マイクロレンズアレイ。
2. 樹脂で形成された前記入射面を有する複数のマイクロレンズが面状に並べられた第１のマイクロレンズアレイと、
   ガラスで形成された前記出射面を有する複数のマイクロレンズが面状に並べられた第２のマイクロレンズアレイと、
   前記第１のマイクロレンズアレイと前記第２のマイクロレンズアレイとを接着する接着層と、
   を具備する請求項１に記載のマイクロレンズアレイ。
3. 樹脂で形成された前記入射面を有する複数のマイクロレンズが面状に並べられた第３のマイクロレンズアレイと、
   ガラスで形成された前記出射面を有する複数のマイクロレンズが面状に並べられた第４のマイクロレンズアレイと、
   を具備し、
   前記第３のマイクロレンズアレイは、前記第４のマイクロレンズアレイの入射側の面に積層されることで形成されている、
   請求項１に記載のマイクロレンズアレイ。
4. 前記第３のマイクロレンズアレイは、ＵＶ硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂で形成されている、請求項３に記載のマイクロレンズアレイ。
5. 樹脂で形成された前記入射面を有する複数のマイクロレンズが面状に並べられた第１のマイクロレンズアレイと、
   ガラスで形成された前記出射面を有する複数のマイクロレンズが面状に並べられた第２のマイクロレンズアレイと、
   前記第１のマイクロレンズアレイと前記第２のマイクロレンズアレイとの間に設けられた無反射コーティング層と、
   を具備する請求項１に記載のマイクロレンズアレイ。
6. 前記入射面は、前記入射面から入射した光を前記マイクロレンズアレイにおける前記ガラスで形成された部分に集束させるように構成されている、請求項１乃至５のうち何れか１項に記載のマイクロレンズアレイ。
7. 請求項１乃至６のうち何れか１項に記載のマイクロレンズアレイと、
   前記出射面から出射した光を照射面に結像させるように構成されたレンズと、
   を具備する光強度分布均一化素子。
8. 請求項７に記載の光強度分布均一化素子と、
   前記光強度分布均一化素子に入射する光を発する光源と、
   前記照射面に設けられ、前記光強度分布均一化素子から出射した光を用いて投影対象に投影する光像を形成するように構成されたマイクロミラー素子と、
   を具備する投影装置。

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