JP2014130200A

JP2014130200A - 投影装置

Info

Publication number: JP2014130200A
Application number: JP2012287196A
Authority: JP
Inventors: Koji Miyasaka; 浩司宮坂
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2014-07-10
Anticipated expiration: 2032-12-28
Also published as: JP6136258B2

Abstract

【課題】レーザを光源としマイクロレンズアレイが用いられている投影装置において、明るさや色等にムラのない投影装置を提供する。
【解決手段】波長λのレーザ光を出射する光源と、レーザ光が入射する表面に複数のレンズ部２２が形成されたマイクロレンズアレイ１３と、マイクロレンズアレイを透過した光束が照射される空間変調器と、空間変調器を介した光束を投影する投影光学系と、を有する投影装置において、マイクロレンズアレイ１３に入射するレーザ光における光束の直径をＤ、マイクロレンズアレイ１３における発散角度をδ、マイクロレンズアレイ１３における隣接するレンズ部２２の間隔をＰとした場合に、ｓｉｎδ＞２λ／Ｐ＞６λ／Ｄを満たす。
【選択図】図４

Description

本発明は、投影装置に関する。

レーザを光源とする投影装置の場合、レーザから照射される光束の強度分布を補正するために特許文献１のように散乱板が用いられる場合がある。しかし、散乱板は表面のランダムな凹凸によって光を拡散させるため一般的に光の利用効率が悪く、マイクロレンズアレイのように屈折作用によって光の拡散が所定の範囲となるようにすることが好ましい。投影装置内にマイクロレンズアレイを用いる例が特許文献２に開示されている。

特開２００７−２３３３７１号広報特開２０１２−１４５８０４号広報

ところで、レーザのように可干渉性の高い光をマイクロレンズアレイに照射する場合、マイクロレンズアレイの周期性によって回折が生じる場合がある。このように、回折が生じた場合、出射光が離散的になり出射光の強度の均一性が低下するという問題が生じる。このような問題が生じると、マイクロレンズアレイが用いられている投影装置においては、投影される画像に、明るさや色等にムラが生じ、高品質な画像が得られない場合がある。

よって、レーザを光源としマイクロレンズアレイが用いられている投影装置において、明るさや色等にムラのない投影装置が求められている。

本発明の一観点によれば、波長λのレーザ光を出射する光源と、前記レーザ光が入射する表面に複数のレンズ部が形成されたマイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズアレイを透過した光束が照射される空間変調器と、前記空間変調器を介した光束を投影する投影光学系と、を有する投影装置において、前記マイクロレンズアレイに入射するレーザ光における光束の直径をＤ、前記マイクロレンズアレイにおける発散角度をδ、前記マイクロレンズアレイにおける隣接するレンズ部の間隔をＰとした場合に、ｓｉｎδ＞２λ／Ｐ＞６λ／Ｄを満たすこと特徴とする。

本発明により、レーザを光源としマイクロレンズアレイが用いられている投影装置において、明るさや色等にムラのない投影装置を得ることができる。

第１の実施の形態における投影装置の構成図第１の実施の形態におけるマイクロレンズアレイの拡大図マイクロレンズアレイの説明図（１）マイクロレンズアレイの説明図（２）マイクロレンズアレイの説明図（３）第１の実施の形態におけるマイクロレンズアレイの構造図（１）第１の実施の形態におけるマイクロレンズアレイの構造図（２）第１の実施の形態におけるマイクロレンズアレイの構造図（３）第２の実施の形態における投影装置の構成図第２の実施の形態における投影装置に用いられる蛍光ホイールの説明図第３の実施の形態におけるマイクロレンズアレイの構造図

〔第１の実施の形態〕
（投影装置）
図１に第１の実施の形態における投影装置１０を模式的に示す。投影装置１０は、レーザ光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、レンズ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、マイクロレンズアレイ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、レンズ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、空間光変調器１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、合波プリズム１６、レンズ１７を有している。なお、本実施の形態においては、レーザ光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃより出射されたレーザ光等を光束と記載する場合がある。

レーザ光源１１ａは、例えば、赤色の波長域におけるレーザ光を出射するものであり、レーザ光源１１ａより出射されたレーザ光は、レンズ１２ａによってレーザ光の発散角度が調整され、マイクロレンズアレイ１３ａによって拡散され、再び、レンズ１４ａによって発散角度が調整され、空間光変調器１５ａを介し、合波プリズム１６に入射する。空間光変調器１５ａでは、例えば、画素ごとにレーザ光の透過、非透過の制御がなされ、赤色に対応する像が形成される。

レーザ光源１１ｂは、例えば、緑色の波長域におけるレーザ光を出射するものであり、レーザ光源１１ｂより出射されたレーザ光は、レンズ１２ｂによってレーザ光の発散角度が調整され、マイクロレンズアレイ１３ｂによって拡散され、再び、レンズ１４ｂによって発散角度が調整され、空間光変調器１５ｂを介し、合波プリズム１６に入射する。空間光変調器１５ｂでは、例えば、画素ごとにレーザ光の透過、非透過の制御がなされ、緑色に対応する像が形成される。

レーザ光源１１ｃは、例えば、青色の波長域におけるレーザ光を出射するものであり、レーザ光源１１ｃより出射されたレーザ光は、レンズ１２ｃによってレーザ光の発散角度が調整され、マイクロレンズアレイ１３ｃによって拡散され、再び、レンズ１４ｃによって発散角度が調整され、空間光変調器１５ｃを介し、合波プリズム１６に入射する。空間光変調器１５ｃでは、例えば、画素ごとにレーザ光の透過、非透過の制御がなされ、青色に対応する像が形成される。

合波プリズム１６では、空間光変調器１５ａからのレーザ光、空間光変調器１５ｂからのレーザ光、空間光変調器１５ｃからのレーザ光が入射し、合波された後出射される。このように、合波プリズム１６より出射された合波されたレーザ光の光束は、レンズ１７により、スクリーン１８に投影される。

本実施の形態においては、レーザ光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃとしては、半導体レーザや第二次高調波を用いる固体レーザなど各種レーザを用いることができる。また、レーザは複数用いてもよい。レーザ光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃはレーザそのものに限られず、レーザ光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃに相当するものとして、光ファイバーなどを用いてレーザ光源からの光束を伝播させたものの出射口であってもよい。また、図１においては、赤、緑、青の各光束に対してレーザを用いているが、赤、緑、青のうち１または複数の光源に対してレーザを用いていればよい。マイクロレンズアレイ１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、赤、緑、青のすべての光束に対して用いる必要はなく、赤、緑、青の光束のうち１つ以上の光束に対して用いていればよい。

空間光変調器１５ａ、１５ｂ、１５ｃとしては、ＬＣＯＳ（ＬｙｑｕｉｄｃｒｙｓｔａｌｏｎＳｉｌｉｃｏｎ）やＤＭＤ（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）を用いることができる。図１においては、ＬＣＯＳを用いた例を示しているが、ＤＭＤは反射型の空間光変調器であるため、図１に示すような透過型の配置とするのではなく、合波プリズム１６の後段にＤＭＤを設置し、ＤＭＤからの反射光をレンズ１７によって投影する配置とすればよい。

（マイクロレンズアレイ）
次に、図２に基づきマイクロレンズアレイ１３ａ、１３ｂ、１３ｃの発散角度に関して説明する。図２に示されるように、マイクロレンズアレイ１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、透明基材２１の表面にマイクロレンズとなる複数のレンズ部２２が形成されている。なお、本実施の形態においては、マイクロレンズアレイ１３ａ、１３ｂ、１３ｃを総称してマイクロレンズアレイ１３と記載する場合がある。透明基材２１とレンズ部２２とは同じ材料により形成してもよく、また、異なる材料により形成してもよい。

マイクロレンズアレイ１３におけるレンズ部２２は、球面または非球面の形状となるように形成されており、レンズ部２２の頂点から測定した光軸方向の変位量であるサグ値ｚは、数１に示される式によりあらわすことができる。数１に示される式において、ｒはレンズ部２２の頂点から測定した半径、ｃはレンズ部２２の曲率半径Ｒの逆数であり、ｋはコーニック係数、α_ｉ（ｉは自然数）は非球面係数である。特に、レンズ部２２の形状が球面である場合は、ｋ＝０、α_ｉ＝０となり、数２に示される式によりあらわすことができる。

数１に示される式において、レンズ部２２の半径ｒにおけるレンズ部２２の傾斜角β（ｒ）は、数３に示される式のようにあらわされ、レンズ部２２の形状が球面である場合には、数４に示される式のようになる。

マイクロレンズアレイ１３ａにおけるレンズ部２２に対して光軸方向に光が入射する場合、光は光軸からβ−γの方向に屈折する。レンズ部２２を形成している材料の屈折率をｎとすると、角度γはｓｉｎβ＝ｎ×ｓｉｎγを満たしている。次に、光は透明基材２１の裏面において屈折し光軸から角度δの方向に出射される。角度δはｎ×ｓｉｎ（β−γ）＝ｓｉｎδを満たしている。レンズ部２２におけるレンズ端部の半径ｒ_０における傾斜角度β（ｒ_０）が、レンズ部２２における傾斜角で一番大きい場合、マイクロレンズアレイ１３の拡散角度は、δ（ｒ_０）によって表わされ、βを用いて数５に示される式であらわすことができる。マイクロレンズアレイ１３の拡散角度δ（ｒ_０）が大きい場合には、拡散された光束をとらえるために光学部品が大きくなることがあるため、δ（ｒ_０）は１０°以下となるようにするのが好ましい。

次に、マイクロレンズアレイ１３の回折作用について、図３及び図４に基づき説明する。マイクロレンズアレイ１３における相互に隣接するレンズ部２２の頂点の距離をレンズ間隔Ｐとし、波長λの光が入射した場合を考える。図３（ａ）に示されるように、レンズ部２２によって拡散された入射光３１は、角度δ（ｒ_０）の範囲に広がるが、マイクロレンズアレイ１３の周期性によって回折が生じ、出射光の出射角度が離散的な値を有するようになる。このとき、ｍ次の回折光の出射角度ξ（ｍ）はｓｉｎξ＝ｍλ／Ｐを満たしている。図３（ａ）では０次光３２および１次光３３、−１次光３４が発生する場合を示している。このような場合、図３（ｂ）に示されるように、投影面６０における光の強度分布の均一性が低下する。

一方、図４（ａ）に示されるように、入射光４１をマイクロレンズアレイ１３に入射させると、角度δ（ｒ_０）内に複数の回折光４２が発生するような場合には、図４（ｂ）に示されるように、投影面６０に投影される光は均一となり、光の強度分布の均一性の低下が起きにくい。なお、回折光４２には高次の回折光が含まれている。よって、角度δ（ｒ_０）内のある方向に含まれる回折光の最大の次数が２つ以上（ｓｉｎδ（ｒ_０）＞２λ／Ｐ）であることが好ましく、次数が５以上（ｓｉｎδ（ｒ_０）＞５λ／Ｐ）であることがより好ましく、次数が１０以上（ｓｉｎδ（ｒ_０）＞１０λ／Ｐ）であることがさらに好ましい。

また、レンズ間隔Ｐを大きくすることで、上記の関係式を満たすことができるようになるが、入射光４１の強度分布を均一化するために、入射光４１のスポットの直径Ｄに対してマイクロレンズアレイ１３の大きさが小さいことが求められる。したがって、レンズ間隔Ｐは、Ｐ＜Ｄ／３を満たすことが好ましく、Ｐ＜Ｄ／５であることがより好ましく、さらには、Ｐ＜Ｄ／１０であることが好ましい。

以上においては、入射光４１が平行光である場合について説明したが、入射光が発散光あると、出射される光束が広がりを持つため、回折による離散的な分布を平坦化することができるので好ましい。図５には、このような入射光が発散光である場合を示す。入射光５１は広がり角ηを有しているため、回折光５２も広がり角ηで投影面６０に投影される。したがって、このような場合、図３のように平行光が入射された場合に生じる回折光間においては、強度のボトム構造は生じず、投影面６０に対して均一に光を照射することができる。このとき、広がり角ηが、ｓｉｎη＞λ／２Ｐを満たすと、隣り合う次数の回折光の間の空間を埋めることができるので好ましく、ｓｉｎη＞λ／Ｐであることがより好ましい。

また、上記においては、入射光を発散光として説明したが、集光位置が投影面よりも前方に位置するような場合、入射光が収束光であっても投影面上において同様の効果を得ることができる。一般的に強度分布を均一化された光は空間光変調器を投影面として投影されるが、収束光の集光位置が空間光変調器に近いと入射光に広がり角ηを持たせることで生じる強度の均一化の効果が低減する。したがって、収束光を用いる場合は集光位置がマイクロレンズアレイ１３と空間光変調器の距離の半値よりもマイクロレンズアレイ１３側に位置していることが好ましい。以下では、広がり角ηを有する光とは発散光または収束光であるとする。

次に、本実施の形態におけるマイクロレンズアレイ１３の各種の構造について、図６から図８に基づき説明する。

図６（ａ）は、マイクロレンズアレイ１３におけるレンズ部２２が、チドリ状に配置されており、各レンズ部２２の境界が独立した場合の例を示している。なお、図６（ｂ）は、図６（ａ）における一点鎖線６Ａ−６Ｂにおいて切断した断面図である。

図７（ａ）は、マイクロレンズアレイ１３におけるレンズ部２２が、チドリ状に配置されており、レンズ部２２の境界を共有している場合の例を示している。なお、図７（ｂ）は、図７（ａ）における一点鎖線７Ａ−７Ｂにおいて切断した断面図である。

図８（ａ）は、マイクロレンズアレイ１３におけるレンズ部２２が、正方配置をしており、レンズ部２２の境界を共有している場合の例を示している。なお、図８（ｂ）は、図８（ａ）における一点鎖線８Ａ−８Ｂにおいて切断した断面図である。

マイクロレンズアレイ１３における各レンズ部２２の配置は、図６から図８に示される例に限られず、各種の形状を用いることができ、凸レンズに限られず、凹レンズ等の形状であってもよい。

また、本実施の形態における投影装置のように、光源にレーザ光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃを用いている場合には、散乱によってスペックルノイズが生じる場合があるため、マイクロレンズアレイ１３の表面における表面粗さは小さい方が好ましく、Ｒａで１００ｎｍ以下であることが好ましく、更には、１０ｎｍ以下であることがより好ましい。また、スペックルノイズを低減するためにマイクロレンズアレイ１３を回転させるなど、時間的に変位させるようにしてもよい。回転駆動させる場合には、マイクロレンズアレイ１３の外形は円盤状に形成されていることが好ましい。

また、光源の出力が大きく、マイクロレンズアレイ１３に対して１０Ｗ以上の光束が照射されるような場合には、部分的に温度が高くなり、マイクロレンズアレイ１３において、大きな温度分布を生じ、破壊されてしまう場合がある。このような場合を考慮すると、マイクロレンズアレイ１３の材料としてガラス（酸化シリコンを含むガラス）を用いることが好ましい。特に、アルカリ成分の含有量が少ないガラスの場合、熱線膨張係数が小さくなるので、低アルカリガラスや無アルカリガラスを用いることが好ましい。このようなガラスとしてパイレックス（登録商標）ガラス（熱線膨張径数：３．３×１０^−６Ｋ^−１）やＴＥＭＰＡＸＦｌｏａｔ（熱線膨張径数：３．３×１０^−６Ｋ^−１）などの耐熱ガラスや、ＡＮ１００（熱線膨張径数：３．８×１０^−６Ｋ^−１）、ＥＡＧＬＥ−ＸＧ（熱線膨張係数：３．２×１０^−６Ｋ^−１）などの液晶基板用ガラス、石英ガラス（熱線膨張係数：５．５×１０^−７Ｋ^−１）などを用いることができる。これらのガラスではソーダライムガラス（熱線膨張係数：８．５〜９．０×１０^−６Ｋ^−１）よりも小さい熱線膨張係数を有しており、大きな温度分布が生じた際にも応力が発生しにくく、破壊が起きにくい。熱線膨張係数は８．５×１０^−６Ｋ^−１以下であることが好ましく、さらには、５．０×１０^−６Ｋ^−１以下であることがより好ましい。

また、マイクロレンズアレイ１３を形成する材料としては、モル％表示で実質的に、ＳｉＯ_２：６５〜７０％、Ａｌ_２Ｏ_３：９〜１６％、Ｂ_２Ｏ_３：６〜１２％、ＭｇＯ：０〜６％、ＣａＯ：０〜７％、ＳｒＯ：１〜９％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ：７〜１８％からなり、ＢａＯを実質的に含有しない無アルカリガラスであって、密度が２．６ｇ／ｃｃ未満であり、歪点が６４０℃以上であるものであってもよい。

なお、必要な耐熱性は、マイクロレンズアレイ１３に照射されるエネルギー密度にも依存する。たとえば、１０Ｗのトップハット型の光量分布を有する光束を２０ｍｍ角の領域に照射する場合、２５ｍｍＷ／ｍｍ^２のエネルギー密度となる。レーザ光源の指向性が高い点と、レーザ光源から出射される光束の光量分布は、通常ガウス分布になっておりエネルギー密度の尖頭値が高くなる点を考慮すると、マイクロレンズアレイ１３に照射されるエネルギー密度が２５ｍｍＷ／ｍｍ^２以上の場合に、上記のような熱膨張率を満たす材料を用いることが好ましい。エネルギー密度が７５ｍｍＷ／ｍｍ^２以上である場合や、エネルギー密度が１２５ｍｍＷ／ｍｍ^２以上であるような場合には、上記のような熱膨張率を満たす材料を用いることが更に好ましい。

マイクロレンズアレイ１３におけるレンズ部の加工方法としては、射出成型、プレス成型、インプリント法や切削加工、ドライエッチングやウェットエッチングによる加工方法を用いることができるが、光源の出力が大きい場合には材料に耐熱性が求められるためガラスのプレス成型やドライエッチングやウェットエッチングを用いることが好ましい。特にガラスのプレス成型ではモールドを切削加工する際に切削痕が残る場合があり、表面の粗さが大きくなることがあるので、ドライエッチングやウェットエッチングを用いることがより好ましい。ドライエッチングを用いる場合には、レジストを一度フォトリソグラフィによってパターニングし、その後レジストを加熱することでレジストを軟化させるリフロー技術によりレジスト形状を球面状となるように形成する。この後、ドライエッチングを行うことにより、レンズ部２２を球面状に形成してもよい。また、レジストに対する露光量を調整することでレジストを球面状に形成し、この後、ドライエッチングを行うことにより、レンズ部２２を球面状に形成する方法等により形成してもよい。

〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。図９は、本実施の形態における投影装置１００を模式的に示す。投影装置１００では光源として青色のレーザ光源１０１を用いており、青色のレーザ光源から出射される光束は、第１のマイクロレンズアレイ１０２とダイクロイックミラー１０３を透過後、レンズ１０４によって蛍光ホイール１０５に照射される。第１のマイクロレンズアレイ１０２は、第１の実施の形態におけるマイクロレンズアレイ１３と同様の構造のマイクロレンズアレイにより形成されている。

図１０に示されるように、蛍光ホイール１０５は、マイクロレンズアレイ領域１０５ａ、緑色蛍光体領域１０５ｂ、赤色蛍光体領域１０５ｃの３つの領域に分割されている。マイクロレンズアレイ領域１０５ａは、第２のマイクロレンズアレイが形成されており、緑色蛍光体領域１０５ｂには、緑色発光する蛍光体（蛍光材料）により形成されており、赤色蛍光体領域１０５ｃは、赤色発光する蛍光体により形成されている。なお、マイクロレンズアレイ領域１０５ａにおける第２のマイクロレンズアレイは、第１の実施の形態におけるマイクロレンズアレイ１３と同様の構造のマイクロレンズアレイにより形成されている。

蛍光ホイール１０５は、モータ等の回転駆動部１０５ｄにより回転させることができ、青色のレーザ光源１０１からのレーザ光が緑色蛍光体領域１０５ｂに照射された場合には緑色光を得ることができ、赤色蛍光体領域１０５ｃに照射された場合には赤色光を得ることができる。なお、青色のレーザ光源１０１からのレーザ光がマイクロレンズアレイ領域１０５ａに照射された場合には、青色光はマイクロレンズアレイ領域１０５ａを透過する。従って、蛍光ホイール１０５では回転駆動部１０５ｄにより回転させることにより、青色光、緑色光、赤色光を時分割させて出射させることができる。緑色蛍光体領域１０５ｂ及び赤色蛍光体領域１０５ｃにおいて発生する蛍光発光は、図９において点線で示される光路を通り、レンズ１１２に至る。レンズ１１２を透過後、合波ミラー１１１によって反射され、レンズ１１３を透過後インテグレータ１１４に照射される。本実施の形態においては、緑色蛍光体領域１０５ｂ、赤色蛍光体領域１０５ｃに代えて、または、加えて、黄色蛍光体により形成された黄色蛍光体領域を設けたものであってもよい。

酸化物系、硫化物系の蛍光体としては、黄色発光するＹＡＧ系の蛍光体（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ）、ＴＡＧ系の蛍光体（Ｔｂ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ）や添加元素によって各色の蛍光発光が発生するシリケート系、アルカリ土類系の蛍光体などを用いることができる。また、窒化物系の蛍光体として添加元素によって各色の蛍光発光が発生するαサイアロン系（ＳｉＡｌＯＮ）、緑色の蛍光発光をするβサイアロン系（ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ）、赤色の蛍光発光をするカズン系（ＣａＡｌＳｉ_３Ｎ_３：Ｅｕ）を用いることができる。また、酸窒化物系の蛍光体としてＬａ酸窒化物（ＬａＡｌ（Ｓｉ_６−ｚＡｌ_２）Ｎ_１０−ｚＯ_２：Ｃｅ）を用いることができる。

蛍光ホイール１０５のマイクロレンズアレイ領域１０５ａにおける第２のマイクロレンズアレイに青色の光束が照射された場合、第２のマイクロレンズアレイによって拡散され、第２のマイクロレンズアレイを透過した青色の光束は、レンズ１０６によって発散角を変換される。この後、青色の光速はミラー１０７、レンズ１０８、ミラー１０９、レンズ１１０を透過後、合波ミラー１１１を透過し、レンズ１１３を透過後、インテグレータ１１４に照射される。

インテグレータ１１４から出射される青色、緑色、赤色の光束はレンズ１１５を透過後、ミラー１１６によって反射され、レンズ１１７及びミラー１１８を介した後、空間光変調器１１９に照射される。空間光変調器１１９においては像が形成され、形成された像は投影レンズ１２０によって外部のスクリーン１３０に投影される。

ここで、第１のマイクロレンズアレイ１０２は、蛍光ホイール１０５上の蛍光体に照射される光の強度分布を均一化する機能を有している。蛍光体は蛍光材料をシリコン樹脂などに混ぜたものであり、高い尖頭値を有する青色の光束を照射すると、高い尖頭値の青色光が照射された領域において、シリコン樹脂の劣化などが生じる。このような劣化を低減するために、第１のマイクロレンズアレイ１０２は用いられている。このように、第１のマイクロレンズアレイ１０２を用いることにより、通常の拡散板のように山型の出射光分布とはならずに、トップハット型の出射光分布を実現できるため光束の尖頭値が下がり、より強度の大きい光束を蛍光体に照射することができる。また、蛍光ホイール１０５におけるマイクロレンズアレイ領域１０５ａの第２のマイクロレンズアレイは、空間的な強度分布を均一化する機能を有しており、回転させることでより均一性を高めることができる。

第１のマイクロレンズアレイ及び第２のマイクロレンズアレイは、レーザ光源１０１からの光束を照射することにより、光の回折が生じるが、マイクロレンズアレイの形状を第１の実施の形態と同様に設計することでこれらの影響を小さくすることができる。

〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、図１１に示されるように、マイクロレンズアレイ２１３における相互に隣接するレンズ部２２２において、レンズ部２２２の開口の大きさ、曲率半径、レンズ間隔のうちの１または２以上が、相互に異なるものにより形成されているものである。なお、マイクロレンズアレイ２１３は、レンズ部２２２により形成される複数のマイクロレンズにより構成されている。

このように、第３の実施の形態においては、マイクロレンズアレイ２１３においてレンズ部２２の配置に不規則性を導入することで、回折作用を低減させることができる。本実施の形態におけるマイクロレンズアレイ２１３の平面図を、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に、模式的に示している。図１１（ａ）ではレンズ境界が独立なチドリ配置のマイクロレンズアレイ２１３においてレンズ間隔Ｐに不規則性を導入した例であり、レンズの間隔Ｐが一定値を取らないように配置されている。図１１（ｂ）ではレンズ境界を共有しているチドリ配置のマイクロレンズアレイ２１３においてレンズ開口の形状に不規則性を導入した例である。

このような不規則性を導入することによって、マイクロレンズアレイ２１３におけるレンズ部２２２の規則性を弱め、回折作用を低減することができる。不規則性はレンズ間隔、レンズ部２２２の開口の形状、レンズ部２２２の非球面形状などに導入することができる。導入する不規則性の量が大きくなると、通常の拡散板と同様に出射光の光量分布が山型の分布になり、トップハット型の分布などが得られなくなる。例えば、レンズ部２２２の曲率半径が±５０％の範囲でバラツキを有すると回折の影響を大きく低減できるものの、基準の出射角度が５°の場合、５°の５０％である±２．５°の出射角度バラツキを有することになり、基準の出射角度である５°以上に出射される光が多く発生し光量のロスが発生する。したがって、光利用効率の点からは導入する不規則量は小さい方が好ましく、基準値に対し±５０％以下の不規則量に収めるのがよく、±２５％以下の不規則量であればより好ましく、±１０％以下の不規則量であればより好ましい。また、このような回折の影響を低減する観点からは、隣り合うレンズ部２２２において、レンズ間隔、レンズの開口の形状、レンズの非球面形状のいずれかが相互に異なっていてもよい。なお、本実施の形態におけるマイクロレンズアレイ２１３は、第１の実施の形態におけるマイクロレンズアレイ１３、第２の実施の形態における第１のマイクロレンズアレイ１０２、第２のマイクロレンズアレイに代えて用いることができる。

透明基材２１となる厚さ０．５ｍｍ、屈折率１．４５５の石英基板を洗浄後、レジストを塗布等した後、フォトリソグラフィによってφ２００μｍの円形のレジストがレンズ間隔Ｐが２０２μｍのチドリ配置となるようにレジストのパターニングを行う。その後、レジストをリフローし、レジストの表面が球面形状となるようにする。球面形状のレジストをドライエッチングすることにより、曲率半径Ｒが１０００μｍのレンズ部２２を形成することにより、マイクロレンズアレイ１３を形成する。このように形成されたマイクロレンズアレイ１３を２０ｍｍ×２０ｍｍの形に切断する。このようなレンズ形状となるマイクロレンズアレイ１３の出射角度β（ｒ_０）は２．６°である。

このようなマイクロレンズアレイを図１に示される投影装置におけるマイクロレンズアレイ１３ａ、１３ｂ、１３ｃとして配置する。各々のマイクロレンズアレイ１３ａ、１３ｂ、１３ｃには、φ３ｍｍの光が照射され、レンズ間隔である２０２μｍに対して十分大きくなっている。また、赤、緑、青の各レーザ光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃの波長λはそれぞれ、６２５ｎｍ、５２５ｎｍ、４５０ｎｍとなっており、λ／Ｐの値は各色の波長に対してそれぞれ、３．１×１０^−３、２．６×１０^−３、２．２×１０^−３とｓｉｎδ（ｒ_０）＝４．６×１０^−２よりも十分小さくなっている。また、マイクロレンズアレイ１３ａ、１３ｂ、１３ｃには、０．２°の広がり角ηを有する発散光が照射されるようにする。このとき、ｓｉｎη＝３．４×１０^−３となり、１／２×λ／Ｐの値よりも大きくなっている。

以上により、マイクロレンズアレイにおいて、回折の影響を小さくすることができ、均一な光束を得ることができる。

以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。

１０投影装置
１１ａ、１１ｂ、１１ｃレーザ光源
１２ａ、１２ｂ、１２ｃレンズ
１３マイクロレンズアレイ
１３ａ、１３ｂ、１３ｃマイクロレンズアレイ
１４ａ、１４ｂ、１４ｃレンズ
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ空間光変調器
１６合波プリズム
１７レンズ
１８スクリーン
２１透明基材
２２レンズ部
３１入射光
３２０次光
３３１次光
３４ −１次光
４１入射光
４２回折光
５１入射光
５２回折光
６０投影面
１００投影装置
１０１青色のレーザ光源
１０２第１のマイクロレンズアレイ
１０３ダイクロイックミラー
１０４レンズ
１０５蛍光ホイール
１０５ａマイクロレンズアレイ領域
１０５ｂ緑色蛍光体領域
１０５ｃ赤色蛍光体領域
１０５ｄ回転駆動部
１０６、１０８、１１０、１１２、１１３、１１５、１１７レンズ
１０７、１０９、１１６、１１８ミラー
１１１合波ミラー
１１４インテグレータ
１１９空間光変調器
１２０投影レンズ
１３０スクリーン
２１３マイクロレンズアレイ
２２２レンズ部

Claims

波長λのレーザ光を出射する光源と、
前記レーザ光が入射する表面に複数のレンズ部が形成されたマイクロレンズアレイと、
前記マイクロレンズアレイを透過した光束が照射される空間変調器と、
前記空間変調器を介した光束を投影する投影光学系と、
を有する投影装置において、
前記マイクロレンズアレイに入射するレーザ光における光束の直径をＤ、前記マイクロレンズアレイにおける発散角度をδ、前記マイクロレンズアレイにおける隣接するレンズ部の間隔をＰとした場合に、
ｓｉｎδ＞２λ／Ｐ＞６λ／Ｄ
を満たすこと特徴とする投影装置。
前記マイクロレンズアレイに入射するレーザ光は広がり角ηを有しており、
ｓｉｎη＞λ／２Ｐ
を満たすことを特徴とする請求項１に記載の投影装置。
波長λのレーザ光を出射する光源と、
前記レーザ光が入射する表面に複数のレンズ部が形成されたマイクロレンズアレイと、
前記マイクロレンズアレイを透過した光束が照射される空間変調器と、
前記空間変調器を介した光束を投影する投影光学系と、
を有する投影装置において、
前記マイクロレンズアレイは、相互に隣接するレンズ部において、前記レンズ部における開口の大きさ、曲率半径、レンズ間隔のうちの１または２以上が異なっていることを特徴とする投影装置。
レンズ部における開口の大きさ、曲率半径、レンズ間隔のうちの１または２以上において、各々の基準値に対するバラツキが、±１０％以下であることを特徴とする請求項３に記載の投影装置。
前記マイクロレンズアレイの前記レンズ部における表面粗さは、Ｒａで１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の投影装置。
前記マイクロレンズアレイに照射されるレーザ光の強度は１０Ｗ以上であって、
前記マイクロレンズアレイは、熱線膨張係数が、８．５×１０^−６Ｋ^−１以下である材料により形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の投影装置。
前記マイクロレンズアレイは、酸化シリコンを含む材料により形成されていることを特徴とする１から６のいずれかに記載の投影装置。
前記マイクロレンズアレイは、透明基材をドライエッチング、または、ウェットエッチングすることにより、前記レンズ部が形成されているものであることを特徴とする１から７のいずれかに記載の投影装置。