JP2016045415A - Diffusion plate and optical device having the same - Google Patents

Diffusion plate and optical device having the same Download PDF

Info

Publication number
JP2016045415A
JP2016045415A JP2014170560A JP2014170560A JP2016045415A JP 2016045415 A JP2016045415 A JP 2016045415A JP 2014170560 A JP2014170560 A JP 2014170560A JP 2014170560 A JP2014170560 A JP 2014170560A JP 2016045415 A JP2016045415 A JP 2016045415A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diffusion
microlens
diffusing
diffusion plate
plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2014170560A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
高橋 靖
Yasushi Takahashi
靖 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Optical Industries Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Optical Industries Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Optical Industries Co Ltd filed Critical Ricoh Optical Industries Co Ltd
Priority to JP2014170560A priority Critical patent/JP2016045415A/en
Publication of JP2016045415A publication Critical patent/JP2016045415A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a diffusion plate which provides a desired diffusion angle and uniform diffuse light intensity and can be used with coherent light.SOLUTION: A diffusion plate has a diffusion surface obtained by two-dimensionally arranging a number of microlens surfaces L1-L4 of two or more types, where effective diameters D and focal lengths f of the arranged microlens surfaces L1-L4 are randomly different on the diffusion surface. An effective diameter D and focal length f of each microlens surface are set such that tanθ=D/(2|f|) is satisfied for a desired diffusion angle 2θ, and an F-number, defined as Fn=|f|/D, is approximately the same for each microlens surface.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

この発明は、拡散板およびこれを用いた光学機器に関する。   The present invention relates to a diffusion plate and an optical apparatus using the diffusion plate.

片面から入射する光を拡散し、他面から拡散光として射出させる「拡散板」は、1眼レフカメラ等を初めとする各種の光学機器に用いられている。   A “diffusing plate” that diffuses light incident from one side and emits it as diffused light from the other side is used in various optical devices such as a single-lens reflex camera.

従来から知られた拡散板は、摺りガラスのようにランダムな構造、あるいは微小レンズ等を規則的に配列した構造等、微細な断面凹凸形状が全面に形成されている。   Conventionally known diffusion plates have a fine cross-sectional uneven shape such as a random structure such as ground glass or a structure in which microlenses are regularly arranged.

近来、使用目的に応じた「所望の拡散特性」を持つ拡散板が求められ、提案されている(特許文献1、2)。   Recently, a diffusion plate having “desired diffusion characteristics” according to the purpose of use has been demanded and proposed (Patent Documents 1 and 2).

また、設計条件として定められた所定の拡散範囲を持ち、拡散範囲内に拡散される光の強度が、均一に成るような拡散板が求められている。   There is also a need for a diffusion plate that has a predetermined diffusion range defined as a design condition, and that the intensity of light diffused within the diffusion range is uniform.

従来、所定の拡散範囲と、拡散光の強度の均一化の実現が困難であった。   Conventionally, it has been difficult to realize a predetermined diffusion range and uniform intensity of diffused light.

図3は、従来から知られた一般的な拡散板を説明するための図である。
図3の上の図において、符号10は「従来から知られた一般的な拡散板」を示す。
FIG. 3 is a view for explaining a conventionally known general diffusion plate.
In the upper diagram of FIG. 3, reference numeral 10 denotes a “general diffusion plate known from the past”.

図3の上の図は、拡散板10に直交するように、入射光束ILを「細い平行光束」として入射させた場合の拡散の様子を説明図として示している。   The upper diagram of FIG. 3 shows a state of diffusion when the incident light beam IL is incident as a “thin parallel light beam” so as to be orthogonal to the diffusion plate 10 as an explanatory diagram.

拡散板10は、図3の上の図に示す角:2θを「拡散角」として入射光束ILの拡散を行うように設計され、作製されている。   The diffusing plate 10 is designed and manufactured so as to diffuse the incident light beam IL with the angle 2θ shown in the upper diagram of FIG. 3 as a “diffusion angle”.

入射光束ILは、拡散板10により拡散され、拡散光DLとして射出する。   The incident light beam IL is diffused by the diffusion plate 10 and is emitted as the diffused light DL.

拡散板10が「設計通りの機能」を持つならば、拡散光DLの拡散角は2θとなるところであるが、従来から知られた拡散板10の場合、実際の拡散角は設計上の拡散角:2θとはならず、2θより若干大きくなる。   If the diffusion plate 10 has a “function as designed”, the diffusion angle of the diffused light DL is 2θ. However, in the case of the conventionally known diffusion plate 10, the actual diffusion angle is the designed diffusion angle. : Not 2θ but slightly larger than 2θ.

そして、設計上の拡散角:2θの外側の領域DM1、DM2の部分にも拡散光が存在する。また、拡散光の強度(図中に「矢印の長さ」で表す。)も均一にならない。   The diffused light also exists in the areas DM1 and DM2 outside the designed diffusion angle: 2θ. Further, the intensity of diffused light (indicated by “the length of the arrow” in the figure) is not uniform.

即ち、領域DM0の部分では、拡散光の強度が不均一である。   That is, the intensity of the diffused light is not uniform in the area DM0.

図3(b)には、横軸に拡散光の角度をとり、縦軸に光強度をとって、拡散光の強度の角度依存性を表している。   In FIG. 3B, the horizontal axis represents the angle of the diffused light, and the vertical axis represents the light intensity. The angle dependency of the intensity of the diffused light is represented.

このような、設計上の拡散角:2θの外側の領域DM1、DM2の部分にも拡散光が存在し、領域DM0の部分で拡散光の強度が不均一となるのは、入射光束ILが、拡散板10により回折することによる。   The diffused light is also present in the regions DM1 and DM2 outside the designed diffusion angle: 2θ, and the intensity of the diffused light is nonuniform in the region DM0. By diffracting by the diffusion plate 10.

図3(a)の領域DM0、DM1、DM2に、強度:0でない回折光が生じる現象を回折光の「滲み」と呼ぶ。   A phenomenon in which diffracted light having an intensity other than 0 is generated in the regions DM0, DM1, and DM2 in FIG. 3A is referred to as “bleeding” of diffracted light.

従来から知られた拡散板には「微少レンズ等を規則的に配列した構造」のものもある。   Some conventionally known diffusion plates have a “structure in which micro lenses and the like are regularly arranged”.

近時、各種光学機器に用いられる光源として、レーザ光源を初めとする「コヒーレントな光を放射」するものが多用されるようになってきている。   Recently, as a light source used in various optical devices, a laser light source or the like that emits “coherent light” has been widely used.

コヒーレントな光に対して「微少レンズ等を規則的に配列した構造をもつ拡散板」を用いると、規則的な配列構造が回折格子として作用し、拡散光に回折パターンが生じる。   When a “diffuser plate having a structure in which micro lenses and the like are regularly arranged” is used for coherent light, the regular array structure acts as a diffraction grating, and a diffraction pattern is generated in the diffused light.

この発明は、上述した事情に鑑み、所望の拡散角と、均一な拡散光強度を実現でき、かつコヒーレントな光に対しても用い得る拡散板の実現を課題とする。   This invention makes it a subject to implement | achieve the diffusion plate which can implement | achieve a desired diffusion angle and uniform diffused light intensity | strength, and can be used also with respect to coherent light in view of the situation mentioned above.

この発明の拡散板は、2種以上の微小レンズ面を多数、2次元的に配置して拡散面とし、該拡散面による拡散角:2θを有する拡散板であって、2次元的に配置された微小レンズ面の有効径:Dおよび焦点距離:fが、前記拡散面上でランダムに異なり、
各微小レンズ面の有効径:Dおよび焦点距離:fは、拡散角:2θに対して、
tanθ=D/(2|f|)
を満足し、且つ、
Fn=|f|/D
で定義されるFナンバが、微小レンズ面ごとに略同一となるように設定されている。
The diffusing plate of the present invention is a diffusing plate having a diffusing surface by diffusing a large number of two or more kinds of micro lens surfaces two-dimensionally and having a diffusion angle of 2θ. The effective diameter of the micro lens surface: D and the focal length: f are randomly different on the diffusion surface,
Effective diameter: D and focal length: f of each microlens surface are as follows: diffusion angle: 2θ
tan θ = D / (2 | f |)
And satisfy
Fn = | f | / D
The F number defined by is set to be substantially the same for each microlens surface.

この発明の拡散板に依れば、所望の拡散角:2θと、均一な拡散光強度を実現できる。   According to the diffusion plate of the present invention, a desired diffusion angle: 2θ and a uniform diffused light intensity can be realized.

また、この拡散板はコヒーレントな光に対して用いても「回折パターン」の発生を有効に低減もしくは防止できる。   Further, even when this diffuser plate is used for coherent light, generation of a “diffraction pattern” can be effectively reduced or prevented.

拡散板の実施の1形態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating one Embodiment of a diffuser plate. 拡散面の代表的な3例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating three typical examples of a diffusion surface. 拡散板とその問題点を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a diffusion plate and its problem. 微小レンズ面の配列の1例を示す図である。It is a figure which shows one example of the arrangement | sequence of a micro lens surface.

以下、実施の形態を説明する。   Hereinafter, embodiments will be described.

図1(a)は、拡散板1の使用状態の1例を示している。   FIG. 1A shows an example of the usage state of the diffusion plate 1.

半導体レーザ光源3から放射されるコヒーレントな光を、コリメートレンズ5により平行光束化し、この平行光束を入射光束ILとして拡散板1に入射させる。   The coherent light emitted from the semiconductor laser light source 3 is converted into a parallel light beam by the collimator lens 5, and this parallel light beam is made incident on the diffusion plate 1 as an incident light beam IL.

拡散板1は、入射光束ILを拡散させ、拡散角:2θをもった均一な光強度の拡散光DLに変換する。   The diffusing plate 1 diffuses the incident light beam IL and converts it into diffused light DL with a uniform light intensity having a diffusion angle: 2θ.

拡散板1に形成される拡散面は、上記の如く「2種以上の微小レンズ面を多数、2次元的に配置した面」であり、「拡散角:2θ」を実現するように構成される。   The diffusing surface formed on the diffusing plate 1 is “a surface in which a large number of two or more kinds of micro lens surfaces are two-dimensionally arranged” as described above, and is configured to realize “diffusion angle: 2θ”. .

拡散面を構成する2種以上の微小レンズ面の形状は、「凸面(正の焦点距離:f(>0)を持つ)」、「凹面(不の焦点距離:f<0)を持つ。」の何れであることもできる。   The shape of the two or more types of microlens surfaces constituting the diffusing surface is “convex surface (having positive focal length: f (> 0))” and “concave surface (non-focal length: f <0)”. It can be either.

また、拡散面は「凸面の微小レンズ面のみの2次元配列」で形成することも「凹面の微小レンズ面のみの2次元配列」で形成することもできる。   Further, the diffusing surface can be formed by “two-dimensional array of only convex microlens surfaces” or “two-dimensional array of only concave microlens surfaces”.

さらには、同一の拡散面に「凸面の微小レンズ面と凹面の微小レンズ面が共存」することもできる。   Furthermore, “a convex microlens surface and a concave microlens surface can coexist” on the same diffusion surface.

各微小レンズ面の有効径:Dおよび焦点距離:fは、前記拡散面上でランダムに異なるが、各微小レンズ面の有効径:Dおよび焦点距離:fが、拡散角:2θに対して、
tanθ=D/(2|f|)
を満足する。
The effective diameter: D and focal length: f of each microlens surface are randomly different on the diffusion surface, but the effective diameter: D and focal length: f of each microlens surface are different from each other with respect to the diffusion angle: 2θ.
tan θ = D / (2 | f |)
Satisfied.

従って、微小レンズ面に入射する平行光束は、全ての微小レンズ面により開き角:2θをもつ発散光束に変換される。   Accordingly, the parallel light beam incident on the minute lens surface is converted into a divergent light beam having an opening angle of 2θ by all the minute lens surfaces.

また、微小レンズ面は、種類ごとに、有効径が異なるが、有効径:Dと焦点距離:f
の比:|f|/Dは、全ての微小レンズ面に共通である。
Further, although the effective diameter of the microlens surface differs for each type, the effective diameter: D and the focal length: f
The ratio of | f | / D is common to all the microlens surfaces.

「|f|/D」はFナンバ:Fnの定義であり、微小レンズ面の「明るさ」を意味するから、Fnを共通とする全ての微小レンズ面は、明るさが同一である。   “| F | / D” is a definition of F number: Fn, and means “brightness” of the microlens surface, and therefore, all microlens surfaces that share Fn have the same brightness.

即ち、拡散面を形成する2種以上の微小レンズ面の全て、入射平行光束ILを、開き角:2θの発散光束に変換し、変換された発散光束は等しい明るさを有する。   That is, the incident parallel light beam IL is converted into a divergent light beam having an opening angle of 2θ on all of two or more kinds of minute lens surfaces forming the diffusing surface, and the converted divergent light beams have the same brightness.

従って、図1(b)に示すように、拡散角:2θ(−θないし+θ)を持ち、拡散角の範囲内で均一の光強度をもつ拡散光DLが得られることになる。   Accordingly, as shown in FIG. 1B, a diffused light DL having a diffusion angle: 2θ (−θ to + θ) and having a uniform light intensity within the range of the diffusion angle is obtained.

図2に、拡散面が異なる3種の拡散板1A、1B、1Cを示す。
図2(a)に示す拡散板1Aは、拡散面が4種の微小レンズ面L1、L2、L3、L4の2次元的な配列により形成されたものである。
FIG. 2 shows three types of diffusion plates 1A, 1B, and 1C having different diffusion surfaces.
In the diffusing plate 1A shown in FIG. 2A, the diffusing surface is formed by a two-dimensional arrangement of four types of micro lens surfaces L1, L2, L3, and L4.

4種の微小レンズ面L1、L2、L3、L4は、何れも凸面であり、従ってその焦点距離:fは正である。   The four types of micro lens surfaces L1, L2, L3, and L4 are all convex surfaces, and therefore their focal length: f is positive.

従って、平行光束である入射光束ILが入射すると、各微小レンズ面により集光光束化され、集光したのちに発散性の光束となる。   Therefore, when the incident light beam IL, which is a parallel light beam, is incident, it is converted into a condensed light beam by each microlens surface and becomes a divergent light beam after being condensed.

これら微小レンズ面L1、L2、L3、L4は、有効径:Dと焦点距離:f(>0)は互いに異なっているが、有効径:Dと焦点距離:fは、関係:
tan2θ=D/f
を満足するので、各微小レンズ面により発散光束化された各光束は、共通の開き角:2θを持つ。また、全ての種類の微小レンズ面につき、f/Dが共通であるから、発散光束は何れも等しい明るさを持つ。
These micro lens surfaces L1, L2, L3, and L4 have different effective diameters: D and focal lengths: f (> 0), but effective diameters: D and focal lengths: f have a relationship:
tan2θ = D / f
Therefore, the light beams diverged by the minute lens surfaces have a common opening angle: 2θ. Further, since f / D is common to all types of microlens surfaces, all the divergent light beams have the same brightness.

従って、拡散板1Aにより、拡散角:2θで、均一な光強度を持った拡散光DLが得られる。   Therefore, the diffused light DL having a uniform light intensity with a diffusion angle of 2θ can be obtained by the diffusion plate 1A.

図2(b)に示す拡散板1Bは、拡散面が4種の微小レンズ面L21、L22、L23、L24の2次元的な配列により形成されたものである。   In the diffusing plate 1B shown in FIG. 2B, the diffusing surface is formed by a two-dimensional array of four types of micro lens surfaces L21, L22, L23, and L24.

4種の微小レンズ面L21、L22、L23、L24は、何れも凹面であり、従ってその焦点距離:fは負である。   The four types of micro lens surfaces L21, L22, L23, and L24 are all concave surfaces, and therefore their focal length: f is negative.

従って、平行光束である入射光束ILが入射すると、各微小レンズ面により発散光束化される。   Therefore, when the incident light beam IL, which is a parallel light beam, is incident, it is diverged by each minute lens surface.

これら微小レンズ面L21、L22、L23、L24は、有効径:Dと焦点距離:f(<0)は互いに異なっているが、有効径:Dと焦点距離:fは、関係:
tan2θ=D/|f|
を満足するので、各微小レンズ面により発散光束化された各光束は、共通の開き角:2θを持つ。また、全ての種類の微小レンズ面につき、|f|/Dが共通であるから、発散光束は何れも等しい明るさを持つ。
These micro lens surfaces L21, L22, L23, and L24 have different effective diameters: D and focal lengths: f (<0), but the effective diameters: D and focal lengths: f have a relationship:
tan2θ = D / | f |
Therefore, the light beams diverged by the minute lens surfaces have a common opening angle: 2θ. Further, since | f | / D is common to all types of microlens surfaces, all the divergent light beams have the same brightness.

従って、拡散板1Bにより、拡散角:2θで、均一な光強度を持った拡散光DLが得られる。   Therefore, the diffused light DL having a uniform light intensity at a diffusion angle of 2θ can be obtained by the diffusion plate 1B.

図2(c)に示す拡散板1Cは、拡散面が4種の微小レンズ面L31、L32、L33、L34の2次元的な配列により形成されたものである。   In the diffusing plate 1C shown in FIG. 2C, the diffusing surface is formed by a two-dimensional arrangement of four types of micro lens surfaces L31, L32, L33, and L34.

4種の微小レンズ面のうち、微小レンズ面L31、L33は凸面で、正の焦点距離:f(>0)を持ち、微小レンズ面L32、L34は凹面で、負の焦点距離:f(<0)を持つ。   Among the four types of micro lens surfaces, the micro lens surfaces L31 and L33 are convex and have a positive focal length: f (> 0), the micro lens surfaces L32 and L34 are concave, and a negative focal length: f (< 0).

平行光束である入射光束ILが入射すると、微小レンズ面L31、L33に入射した光束は、一旦、集光光束に変換され、集光したのち発散光束となる。   When the incident light beam IL, which is a parallel light beam, is incident, the light beam incident on the minute lens surfaces L31 and L33 is once converted into a condensed light beam, and after being condensed, becomes a divergent light beam.

微小レンズ面L32、L34に入射した光束は、発散光束に変換される。   The light beam incident on the minute lens surfaces L32 and L34 is converted into a divergent light beam.

これら微小レンズ面L31、L32、L33、L34は、有効径:Dと焦点距離:fは互いに異なっているが、有効径:Dと焦点距離:fは、関係:
tan2θ=D/|f|
を満足するので、各微小レンズ面により発散光束化された各光束は、共通の開き角:2θを持つ。また、全ての種類の微小レンズ面につき、|f|/Dが共通であるから、発散光束は何れも等しい明るさを持つ。
These micro lens surfaces L31, L32, L33, and L34 have different effective diameters: D and focal lengths: f, but effective diameters: D and focal lengths: f have a relationship:
tan2θ = D / | f |
Therefore, the light beams diverged by the minute lens surfaces have a common opening angle: 2θ. Further, since | f | / D is common to all types of microlens surfaces, all the divergent light beams have the same brightness.

従って、拡散板1Cにより、拡散角:2θで、均一な光強度を持った拡散光DLが得られる。   Therefore, the diffused light DL having a uniform light intensity with a diffusion angle of 2θ can be obtained by the diffusion plate 1C.

図2に例示した拡散板1A、1B、1Cは何れも、4種の微小レンズ面の2次元的な配列で拡散面が形成されているが、勿論、このことは「拡散板の拡散面を構成する微小レンズ面が4種に限定される」ことを意味しない。   All of the diffusion plates 1A, 1B, and 1C illustrated in FIG. 2 are formed with a two-dimensional arrangement of four types of microlens surfaces. It does not mean that the microlens surfaces are limited to four types.

拡散面を構成する微小レンズ面の種類は「2種以上であればよく、3種でも5種以上」でもよい。   The type of microlens surface constituting the diffusion surface may be “two or more types, and three or five types”.

拡散面は、使用光(IL)に対して透明な材質の表面形状として形成される。透明な材質の形態は「板状」に限らず「フィルム状」であっても良い。   The diffusion surface is formed as a surface shape made of a material that is transparent to the used light (IL). The form of the transparent material is not limited to “plate shape” but may be “film shape”.

重要なことは、微小レンズ面の配置が規則的でなく、ランダムな配置である点にある。複数種類の微小レンズ面は、その配置により2次元的な拡散面を形成する。   What is important is that the arrangement of the microlens surfaces is not regular but random. The plurality of types of microlens surfaces form a two-dimensional diffusion surface depending on the arrangement.

このように、拡散板は「2種以上の微小レンズ面を多数、2次元的にランダムに配置」して拡散面としている。
換言すると、これら複数種類の微小レンズ面の有効径:Dおよび焦点距離:fは、拡散面上でランダムに分布する。すなわち、拡散面の構造が回折格子として作用しない。
As described above, the diffusion plate has a “diffusion surface” by “many two or more kinds of minute lens surfaces are randomly arranged two-dimensionally”.
In other words, the effective diameter: D and focal length: f of these plural types of microlens surfaces are randomly distributed on the diffusion surface. That is, the structure of the diffusion surface does not act as a diffraction grating.

従って、拡散板を、レーザ光のようなコヒーレント光に対して用いても、回折光や回折パターンの発生は、有効に低減もしくは防止される。   Therefore, even when the diffusing plate is used for coherent light such as laser light, generation of diffracted light and a diffraction pattern can be effectively reduced or prevented.

個々の微小レンズ面は、種類に応じ、有効径:D、焦点距離:fが異なるが、これらDとfは、所望の拡散角:2θに対し「tanθ=D/(2|f|)」を満足する。   Each microlens surface differs in effective diameter: D and focal length: f depending on the type, but these D and f are “tan θ = D / (2 | f |)” for a desired diffusion angle: 2θ. Satisfied.

従って、図1(b)に示すように、個々の微小レンズ面により拡散される拡散光DLの拡散角:2θは、微小レンズ面の種類に依らず一定である。   Therefore, as shown in FIG. 1B, the diffusion angle 2θ of the diffused light DL diffused by each microlens surface is constant regardless of the type of microlens surface.

また、微小レンズ面のFナンバ:Fn(=|f|/D)が、微小レンズ面の種類に拘らず略一定であるので、どの微小レンズ面も「同じ明るさ」を有している。   Further, since the F number: Fn (= | f | / D) of the minute lens surface is substantially constant regardless of the type of the minute lens surface, all the minute lens surfaces have “same brightness”.

そして、微小レンズ面の配置がランダムであるので、拡散光の光量は、拡散光全体に平均化される。   And since arrangement | positioning of a micro lens surface is random, the light quantity of diffused light is averaged to the whole diffused light.

即ち、異種類の微小レンズ面は、有効径:Dも焦点距離:fも区々であるが、これらは全く独立ではない。   That is, different types of microlens surfaces have different effective diameters: D and focal lengths: f, but these are not completely independent.

拡散角:2θに応じて、tanθ=D/(2|f|)が満足され、且つ、|f|/Dが、微小レンズ面の種類によらず略一定となるように、D、fが定められている。   Diffusion angle: D and f are set so that tan θ = D / (2 | f |) is satisfied according to 2θ, and | f | / D is substantially constant regardless of the type of the microlens surface. It has been established.

従って、拡散光DLは、拡散の範囲を拡散角:2θに制限され、且つ、拡散角内に拡散される拡散光の強度も一定となる。   Therefore, the diffusion range of the diffused light DL is limited to the diffusion angle: 2θ, and the intensity of the diffused light diffused within the diffusion angle is constant.

従って、所望の拡散角:2θを持ち、図1(b)に即して説明した如き特性をもつ拡散板を実現できる。   Therefore, it is possible to realize a diffusion plate having a desired diffusion angle: 2θ and characteristics as described with reference to FIG.

上に説明したような、複数種類の微小レンズ面を2次元的にランダムに配置して拡散面とした拡散板は「レンズ拡散板」として知られており、その製造方法も確立している。   A diffusion plate as described above, in which a plurality of types of minute lens surfaces are randomly arranged in a two-dimensional manner to form a diffusion surface, is known as a “lens diffusion plate”, and its manufacturing method has also been established.

従って、拡散角:2θと、微小レンズ面の種類、有効径:D、焦点距離:fを指定すれば、これを仕様として、この発明の拡散板を製造することができる。   Therefore, if the diffusion angle: 2θ, the type of microlens surface, the effective diameter: D, and the focal length: f are designated, the diffusion plate of the present invention can be manufactured using these as specifications.

この拡散板は、同一波長の光に対しては、コヒーレンスの有無を問わず、同様に機能するので、複数光束を合成した光束に対しての拡散板として使用できる。   This diffusing plate functions in the same way for light of the same wavelength regardless of the presence or absence of coherence, and thus can be used as a diffusing plate for a light beam obtained by combining a plurality of light beams.

その場合「各光束に対するホモジナイザ」としての機能も果たし、拡散角内での拡散光強度が均一化される。   In that case, it also functions as a “homogenizer for each beam”, and the intensity of diffused light within the diffusion angle is made uniform.

図4に、微小レンズ面の2次元配列の具体的な1例を示す。
この例では、有効径:Dが異なる大小4種の微小レンズ面を2次元配列した例である。
FIG. 4 shows a specific example of a two-dimensional array of minute lens surfaces.
In this example, four types of small and large lens surfaces having different effective diameters D are arranged two-dimensionally.

有効径の最も小さい微小レンズ面は、レンズ径:0.1mmのものであり、図の横方向に0.1mmピッチ、縦方向に0.0866mmで配置されている。   The microlens surface having the smallest effective diameter has a lens diameter of 0.1 mm, and is arranged at a pitch of 0.1 mm in the horizontal direction and 0.0866 mm in the vertical direction.

これら4種の微小レンズ面は「いずれも凸面」であることも、「いずれも凹面」であることも、「凸面と凹面の混合」であることもできる。   These four types of micro lens surfaces can be “all convex surfaces”, “all concave surfaces”, or “mixed convex and concave surfaces”.

以下、拡散板の仕様につき説明する。   Hereinafter, the specifications of the diffusion plate will be described.

この発明の拡散板を構成する材料としては、各種の光学材料を利用できる。例えば、通常の光学ガラスや、石英等の光学結晶は材料として好適である。   Various optical materials can be used as the material constituting the diffusion plate of the present invention. For example, normal optical glass and optical crystals such as quartz are suitable as materials.

また、プラスチックモールドを材料とすることもできる。拡散させる光(電磁波)が遠赤外線である場合には、Ge等の金属結晶を用いることもできる。   A plastic mold can also be used as a material. When the light to be diffused (electromagnetic wave) is far infrared, a metal crystal such as Ge can also be used.

拡散板の形態は「平板状」が最も一般的であるが、これに限らず「レンズ面に複合して形成」した形態でも良い。平板状のみならずフィルム状でも良い。   The form of the diffuser plate is most commonly “flat plate”, but is not limited thereto, and may be a form “compositely formed on the lens surface”. It may be a film as well as a flat plate.

また、上には「光透過性」のものを説明したが、反射面の形態としてもよい。   Moreover, although the "light transmissive" thing was demonstrated above, it is good also as a form of a reflective surface.

「微小レンズ面」の形態も、凹凸を問わず、球面、軸対称非球面、アナモフィック面(シリンダ面、トロイダル面等)、フレネル面、DOE面等、種々の形態が許容される。   The form of the “micro lens surface” may be various forms such as a spherical surface, an axially symmetric aspherical surface, an anamorphic surface (cylinder surface, toroidal surface, etc.), a Fresnel surface, a DOE surface, etc.

微小レンズ面の配列形態は、矩形配列、六方稠密配列、円形配列等が可能である。勿論、この容易な配列において、各種の微小レンズ面はランダムに配置される。   The arrangement of the micro lens surfaces can be a rectangular arrangement, a hexagonal close-packed arrangement, a circular arrangement, or the like. Of course, in this easy arrangement, various micro lens surfaces are randomly arranged.

また、微小レンズ面の配合は、最低で2種類の微小レンズ面を、50:50をベースに配列し、回折光の影響が強い方の配合量を少なくする。   In addition, the combination of the microlens surfaces is arranged such that at least two types of microlens surfaces are arranged on the basis of 50:50, and the amount of the compound having the strong influence of diffracted light is reduced.

2種の微小レンズ面の径も、最小公倍数が大きくなるように設定するのが良い。微小レンズ面の種類は、3種以上が好ましい。   The diameters of the two types of microlens surfaces are also preferably set so that the least common multiple is large. Three or more types of micro lens surfaces are preferable.

微小レンズ面の有効径は「数μm〜数mm程度」に設定可能である。焦点距離は「数μm〜数10mm程度」、Fナンバは「0近傍から数100程度」に設定可能である。   The effective diameter of the micro lens surface can be set to “several μm to several mm”. The focal length can be set to “several μm to several tens of mm”, and the F number can be set to “around 0 to several hundreds”.

この発明の拡散板は、種々の目的に使用できる。例えば「光源像を拡散して使用したり、均一な照明を行ったりする光学素子」として使用できる。   The diffusion plate of the present invention can be used for various purposes. For example, it can be used as “an optical element that diffuses a light source image or performs uniform illumination”.

あるいは、レーザ光を用いるプロジェクタやヘッドアップディスプレイ等において、表示画像のスペックルノイズの低減に用いることができる。   Alternatively, it can be used to reduce speckle noise in a display image in a projector or a head-up display using laser light.

なお、拡散板を「レンズに入射させる拡散光」の発生に用いる場合は、拡散角:2θに対するsinθを、前記レンズのNAより大きく設定し、影響を低減するのが好ましい。   When the diffuser plate is used to generate “diffused light that is incident on the lens”, it is preferable to set sin θ for the diffusion angle: 2θ to be larger than the NA of the lens to reduce the influence.

このように、この発明の拡散板を搭載してプロジェクタやヘッドアップディスプレイ等、種々の光学機器を実施できる。   Thus, various optical devices such as a projector and a head-up display can be implemented by mounting the diffusion plate of the present invention.

以上のように、この初目によれば、以下の如き拡散板を実現できる。   As described above, according to the first aspect, the following diffusion plate can be realized.

[1]
2種以上の微小レンズ面(L1、L2を等)を多数、2次元的に配置して拡散面とし、該拡散面による拡散角:2θを有する拡散板(1、1A等)であって、2次元的に配置された微小レンズ面の有効径:Dおよび焦点距離:fが、前記拡散面上でランダムに異なり、
各微小レンズ面の有効径:Dおよび焦点距離:fは、拡散角:2θに対して、
tanθ=D/(2|f|)
を満足し、且つ、
Fn=|f|/D
で定義されるFナンバが、微小レンズ面ごとに略同一となるように設定された拡散板。
[1]
A diffusion plate (1, 1A, etc.) having two or more kinds of micro lens surfaces (L1, L2, etc.) arranged two-dimensionally to form a diffusion surface, and a diffusion angle by the diffusion surface: 2θ, The effective diameter: D and the focal length: f of the microlens surfaces arranged two-dimensionally differ randomly on the diffusion surface,
Effective diameter: D and focal length: f of each microlens surface are as follows: diffusion angle: 2θ
tan θ = D / (2 | f |)
And satisfy
Fn = | f | / D
The diffusion plate is set so that the F number defined in (1) is substantially the same for each microlens surface.

[2]
[1]記載の拡散板において、2次元的に配置されて拡散面をなす2種以上の微小レンズ面が凸面である拡散板(1A)。
[2]
[1] The diffusing plate (1A) according to [1], wherein two or more kinds of micro lens surfaces that are two-dimensionally arranged to form a diffusing surface are convex surfaces.

[3]
[1]記載の拡散板において、2次元的に配置されて拡散面をなす2種以上の微小レンズ面が凹面である拡散板(1B)。
[3]
[1] The diffusion plate (1B) according to [1], wherein two or more kinds of micro lens surfaces that are two-dimensionally arranged to form a diffusion surface are concave surfaces.

[4]
[1]記載の拡散板において、凸面をなす微小レンズ面と、凹面をなす微小レンズ面とが、混合して拡散面をなす拡散板(1C)。
[4]
[1] The diffusion plate (1C) according to [1], wherein a minute lens surface forming a convex surface and a minute lens surface forming a concave surface are mixed to form a diffusion surface.

[5]
[1]ないし[4]の何れか1に記載の拡散板において、レンズに入射させる拡散光を発生するために用いられ、拡散角:2θに対するsinθが、前記レンズのNAより大きく設定された拡散板。
[5]
The diffusion plate according to any one of [1] to [4], wherein the diffusion plate is used to generate diffused light to be incident on the lens, and a diffusion angle: sin θ with respect to 2θ is set larger than the NA of the lens. Board.

[6]
[1]ないし[5]の何れか1に記載の拡散板を搭載した光学機器。
[6]
[1] An optical apparatus equipped with the diffusion plate according to any one of [5].

1 拡散板
L1、L2、L3、l4 凸面として形成された微小レンズ面
L21、L22、L23、L24 凹面として形成された微小レンズ面
L31、L33 凸面として形成された微小レンズ面
L32、L34 凹面として形成された微小レンズ面
IL 入射光束
DL 拡散光
1 Diffuser L1, L2, L3, l4 Micro lens surface formed as a convex surface
L21, L22, L23, L24 Micro lens surface formed as a concave surface
L31, L33 Micro lens surface formed as a convex surface
L32, L34 Micro lens surface formed as a concave surface
IL Incident light flux
DL diffused light

特開平8−129205号公報JP-A-8-129205 特開平6−167602号公報JP-A-6-167602

Claims (6)

2種以上の微小レンズ面を多数、2次元的に配置して拡散面とし、該拡散面による拡散角:2θを有する拡散板であって、
2次元的に配置された微小レンズ面の有効径:Dおよび焦点距離:fが、前記拡散面上でランダムに異なり、
各微小レンズ面の有効径:Dおよび焦点距離:fは、拡散角:2θに対して、
tanθ=D/(2|f|)
を満足し、且つ、
Fn=|f|/D
で定義されるFナンバが、微小レンズ面ごとに略同一となるように設定された拡散板。
A diffusing plate having a number of two or more kinds of micro lens surfaces arranged two-dimensionally to form a diffusing surface, and a diffusion angle by the diffusing surface: 2θ,
The effective diameter: D and the focal length: f of the microlens surfaces arranged two-dimensionally differ randomly on the diffusion surface,
Effective diameter: D and focal length: f of each microlens surface are as follows: diffusion angle: 2θ
tan θ = D / (2 | f |)
And satisfy
Fn = | f | / D
The diffusion plate is set so that the F number defined in (1) is substantially the same for each microlens surface.
請求項1記載の拡散板において、
2次元的に配置されて拡散面をなす2種以上の微小レンズ面が凸面である拡散板。
The diffusion plate according to claim 1,
A diffusion plate in which two or more kinds of microlens surfaces that are two-dimensionally arranged to form a diffusion surface are convex surfaces.
請求項1記載の拡散板において、
2次元的に配置されて拡散面をなす2種以上の微小レンズ面が凹面である拡散板。
The diffusion plate according to claim 1,
A diffusing plate in which two or more kinds of minute lens surfaces that are two-dimensionally arranged to form a diffusing surface are concave.
請求項1記載の拡散板において、
凸面をなす微小レンズ面と、凹面をなす微小レンズ面とが、混合して拡散面をなす拡散板。
The diffusion plate according to claim 1,
A diffusion plate in which a minute lens surface forming a convex surface and a minute lens surface forming a concave surface are mixed to form a diffusion surface.
請求項1ないし4の何れか1項に記載の拡散板において、
レンズに入射させる拡散光を発生するために用いられ、拡散角:2θに対するsinθが、前記レンズのNAより大きく設定されたことを特徴とする拡散板。
The diffusing plate according to any one of claims 1 to 4,
A diffusing plate, which is used for generating diffused light to be incident on a lens, wherein a diffusing angle: sin θ with respect to 2θ is set larger than an NA of the lens.
請求項1ないし5の何れか1項に記載の拡散板を搭載した光学機器。   An optical apparatus on which the diffusion plate according to any one of claims 1 to 5 is mounted.
JP2014170560A 2014-08-25 2014-08-25 Diffusion plate and optical device having the same Pending JP2016045415A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014170560A JP2016045415A (en) 2014-08-25 2014-08-25 Diffusion plate and optical device having the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014170560A JP2016045415A (en) 2014-08-25 2014-08-25 Diffusion plate and optical device having the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2016045415A true JP2016045415A (en) 2016-04-04

Family

ID=55636014

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014170560A Pending JP2016045415A (en) 2014-08-25 2014-08-25 Diffusion plate and optical device having the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2016045415A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018205349A (en) * 2017-05-30 2018-12-27 パナソニックIpマネジメント株式会社 Lens and illumination device
US10185211B2 (en) 2017-03-09 2019-01-22 Panasonic Intellectual Property Management, Co., Ltd. Projection light source device
JP2019101115A (en) * 2017-11-29 2019-06-24 日本放送協会 Stereoscopic image display device
JP2020046632A (en) * 2018-09-21 2020-03-26 リコーインダストリアルソリューションズ株式会社 Speckle reduction module
WO2021077655A1 (en) * 2019-08-19 2021-04-29 上海鲲游光电科技有限公司 Multi-dimensional camera device and light homogenizing element and systems thereof, electronic equipment, application terminal and method

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020145797A1 (en) * 2001-02-07 2002-10-10 Sales Tasso R.M. High-contrast screen with random microlens array
JP2007017686A (en) * 2005-07-07 2007-01-25 Canon Inc Micro structural body and optical equipment device having the same
JP2011095642A (en) * 2009-11-02 2011-05-12 Lasertec Corp Lighting optical system, lighting method and detection apparatus
JP2013201746A (en) * 2012-02-24 2013-10-03 Ricoh Co Ltd Light irradiation optical system, image reading device, and image forming apparatus

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020145797A1 (en) * 2001-02-07 2002-10-10 Sales Tasso R.M. High-contrast screen with random microlens array
JP2009080490A (en) * 2001-02-07 2009-04-16 Corning Inc High contrast screen with random micro-lens array
JP2007017686A (en) * 2005-07-07 2007-01-25 Canon Inc Micro structural body and optical equipment device having the same
JP2011095642A (en) * 2009-11-02 2011-05-12 Lasertec Corp Lighting optical system, lighting method and detection apparatus
JP2013201746A (en) * 2012-02-24 2013-10-03 Ricoh Co Ltd Light irradiation optical system, image reading device, and image forming apparatus

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10185211B2 (en) 2017-03-09 2019-01-22 Panasonic Intellectual Property Management, Co., Ltd. Projection light source device
JP2018205349A (en) * 2017-05-30 2018-12-27 パナソニックIpマネジメント株式会社 Lens and illumination device
JP2019101115A (en) * 2017-11-29 2019-06-24 日本放送協会 Stereoscopic image display device
JP2020046632A (en) * 2018-09-21 2020-03-26 リコーインダストリアルソリューションズ株式会社 Speckle reduction module
JP7301513B2 (en) 2018-09-21 2023-07-03 リコーインダストリアルソリューションズ株式会社 speckle reduction module
WO2021077655A1 (en) * 2019-08-19 2021-04-29 上海鲲游光电科技有限公司 Multi-dimensional camera device and light homogenizing element and systems thereof, electronic equipment, application terminal and method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6043229B2 (en) Diffusion plate and optical instrument using the same
WO2016163125A1 (en) Composite diffusion plate
KR102136021B1 (en) Diffuser and projection projector units
JP5054026B2 (en) Irradiation system incorporating a collimated light source
US20200117019A1 (en) Diffuser plate and method for designing diffuser plate
JP2016045415A (en) Diffusion plate and optical device having the same
KR20060059888A (en) Micro-lens array based light transmitting screen with high resolution and low imaging artifacts
US11525947B2 (en) Fresnel lens and display devices with such Fresnel lens
JP2019139163A (en) Diffusion plate, method for designing diffusion plate, display device, projection device, and illumination device
TW201636646A (en) Diffuser panel
CN101762959B (en) Laser projection device and method for manufacturing a laser projection device
WO2019146545A1 (en) Diffusion plate and optical device
KR20060059889A (en) Micro-lens array based light transmission screen
JP6020457B2 (en) screen
TW201541672A (en) Light source module
JP2016186601A (en) Reflection type diffusion plate and optical apparatus using the same
JP6362792B2 (en) Surface light source device and liquid crystal display device
TWI388890B (en) Light guide plate and backlight module
US20180024280A1 (en) Diffuser and method for manufacturing the same
JPWO2012120738A1 (en) Light source and projection display device using the light source
JP6917810B2 (en) Diffusion unit
JP2010152276A (en) Surface light source device, display device and optical member
WO2016084680A1 (en) Light guide plate, illumination optical system, and optical device
JP2013225417A (en) Planar lighting apparatus
WO2020073764A1 (en) Projection module, imaging device, and electronic device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170426

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20170522

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180119

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180130

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180328

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20180410